특허 RU 2606296 소유자:

본 발명은 화력 공학에 관한 것이며 탄화수소 연료를 사용하여 보일러를 운영하는 모든 기업에서 사용될 수 있습니다.

코스트로마 난방 시설에서 상업적으로 생산되는 것으로 알려진 것은 가스-물 표면 열교환기로 구성된 KSK 유형의 히터(Kudinov A.A. 열 발생 설비의 에너지 절약 - Ulyanovsk: UlSTU, 2000. - 139, p. 33)입니다. 지느러미가 있는 바이메탈 튜브, 스트레이너, 분배 밸브, 적하 제거기 및 수압식 송풍기로 구성된 열 교환 표면.

KSK 유형의 히터는 다음과 같이 작동합니다. 연도 가스는 분배 밸브로 들어가고 이를 두 개의 흐름으로 나누고 주 가스 흐름은 다음을 통해 전달됩니다. 거르는 사람두 번째는 가스 덕트의 우회 라인을 따라 열 교환기로 들어갑니다. 열 교환기에서는 연도 가스에 포함된 수증기가 핀 튜브에 응축되어 그 안에 흐르는 물을 가열합니다. 생성된 응축수는 팬에 수집되어 가열 네트워크 공급 회로로 펌핑됩니다. 열교환기에서 가열된 물은 소비자에게 공급됩니다. 열 회수 장치의 출구에서 건조된 배가스는 배기관 바이패스 라인의 원래 배가스와 혼합되어 연기 배출 장치를 통해 굴뚝으로 보내집니다.

열 교환기가 전체 대류 부분의 응축 모드로 작동하려면 대류 패키지 내 물의 가열 온도가 50°C를 초과하지 않아야 합니다. 이러한 물을 난방 시스템에 사용하려면 추가로 가열해야 합니다.

잔여 수증기의 응결을 방지하기 위해 배가스굴뚝과 굴뚝에서 우회 채널을 통과하는 소스 가스의 일부가 건조된 굴뚝 가스와 혼합되어 온도가 상승합니다. 이러한 혼합물을 사용하면 배기 가스의 수증기 함량도 증가하여 열 회수 효율이 감소합니다.

접촉 열 교환기, 액적 제거기, 직접 흐름 회로에 따라 연결된 가스-가스 열 교환기를 포함하는 열 교환기가 알려져 있습니다(RU 2323384 C1, IPC F22B 1/18(2006.01), 2008년 4월 27일 발행). , 가스 덕트, 파이프라인, 펌프, 온도 센서, 밸브-조절기. 접촉형 열교환기의 순환수의 흐름을 따라 물 대 물 열교환기와 공기 흐름을 따라 바이패스 채널이 있는 물 대 공기 열교환기가 직렬로 배치됩니다.

이 열교환기의 알려진 작동 방법. 가스 덕트를 통과하는 배기 가스는 가스-가스 열 교환기의 입구로 들어가고 순차적으로 세 부분을 통과한 다음 접촉 열 교환기의 입구로 들어가고 순환수로 세척된 노즐을 통과하여 아래로 냉각됩니다. 이슬점, 순환하는 물에 현열과 잠열을 부여합니다. 다음으로, 냉각되고 습한 가스는 액적 제거기에서 운반되는 액체 물의 대부분에서 제거되고, 가스-가스 열 교환기의 적어도 한 구역에서 가열 및 건조되고, 연기 배출기에 의해 굴뚝으로 보내져 연기 배출 장치로 방출됩니다. 대기. 동시에, 접촉 열교환기의 팬에서 가열된 순환수는 물 대 물 열교환기로 펌핑되어 파이프라인의 냉수를 가열합니다. 열교환기에서 가열된 물은 공정 및 가정용 온수 공급 또는 저온 가열 회로에 공급됩니다.

다음으로 재활용된 물은 수-공기 열교환기로 들어가고, 공기 덕트를 통해 실내 외부에서 들어오는 송풍 공기의 적어도 일부를 가열하여 가능한 최저 온도로 냉각한 후 물 분배기를 통해 접촉 열교환기로 들어가는데, 여기서 이는 가스로부터 열을 빼앗는 동시에 부유 입자로부터 가스를 세척하고 질소 및 황 산화물의 일부를 흡수합니다. 열교환기의 가열된 공기는 송풍기를 통해 표준 공기 히터 또는 화실로 직접 공급됩니다. 재활용된 물은 필요에 따라 여과 및 처리됩니다. 알려진 방법으로.

이 방식을 구현하기 위해서는 일일 온수 사용량 일정의 가변성으로 인해 회수된 열을 온수 공급 목적으로 사용하므로 제어 시스템이 필요합니다.

열교환기에서 가열된 물은 온수 공급을 위해 공급되거나 저온 가열 회로로 공급되어야 합니다. 필요한 온도, 연도 가스 내 수증기의 포화 온도에 의해 결정되는 반환 회로 물의 온도 이상으로 열 교환기에서 가열될 수 없기 때문입니다. 물 대 공기 열 교환기의 공기 가열이 낮기 때문에 이 공기가 공간 난방에 사용될 수 없습니다.

청구된 발명에 가장 가까운 것은 연도 가스의 열을 활용하는 장치 및 방법입니다(RU 2436011 C1, IPC F22B 1/18(2006.01), 2011년 12월 10일 발행).

배가스 열회수 장치에는 가스-가스 표면이 포함되어 있습니다. 판형 열교환기, 역류 회로, 표면 가스-공기 플레이트 응축기, 관성 방울 제거기, 가스 덕트, 연기 배출 장치, 공기 덕트, 팬 및 파이프라인에 따라 만들어졌습니다.

공급된 연도 가스는 가스 대 가스 표면판 열 교환기에서 냉각되어 건조된 연도 가스를 가열합니다. 가열 매체와 가열 매체는 역류로 움직입니다. 이 경우, 습한 연도 가스는 수증기 이슬점에 가까운 온도까지 깊게 냉각됩니다. 다음으로, 연도 가스에 포함된 수증기는 가스-공기 표면 판형 열교환기(응축기)에서 응축되어 공기를 가열합니다. 가열된 공기는 건물을 가열하고 연소 과정의 요구 사항을 충족하는 데 사용됩니다. 추가 처리 후 응축수는 가열 네트워크 또는 증기 터빈 사이클의 손실을 보충하는 데 사용됩니다. 응축기의 흐름에 의해 제거되는 잔류 수증기의 응축을 방지하기 위해 가열되고 건조된 연도 가스의 일부가 추가 연기 배출기 앞에서 혼합됩니다. 건조된 연도 가스는 연기 배출 장치에 의해 위에서 설명한 히터로 공급되며, 여기에서 가열되어 연도와 굴뚝에 수증기가 응축되는 것을 방지하고 굴뚝으로 보내집니다.

이 방법의 단점은 주로 연도가스에 포함된 수증기의 응축 ​​잠열이 활용된다는 것입니다. 열 교환기가 소스 연도 가스를 수증기의 이슬점에 가까운 온도로 냉각하면 배기 건조 연도 가스의 가열이 과도해져 재활용 효율성이 감소합니다. 단점은 가열을 위해 공기라는 하나의 매체만 사용한다는 것입니다.

본 발명의 목적은 수증기의 응축 ​​잠열과 연도 가스 자체의 온도 상승을 이용하여 연도 가스로부터의 열 회수 효율을 높이는 것이다.

배가스로부터 깊은 열을 회수하는 제안된 방법과 프로토타입에서는 배가스가 가스-가스 표면 판형 열 교환기에서 사전 냉각되어 건조된 배가스와 배가스에 포함된 수증기를 가열합니다. 가스는 응축기에서 응축되어 공기를 가열합니다.

본 발명에 따르면, 열 교환기와 응축기 사이에서 연도 가스는 수증기의 이슬점에 가까운 온도로 냉각되어 물을 가열합니다.

가스 보일러는 연소가스 온도가 높습니다(대형 에너지 보일러의 경우 130°C, 소형 보일러의 경우 150°C~170°C). 응축 전에 연도 가스를 냉각하기 위해 회수형 가스-가스 열교환기와 회수 온수기라는 두 가지 장치가 사용됩니다.

소스 연도 가스는 가스-가스 표면 판형 열교환기에서 사전 냉각되어 건조된 연도 가스를 포함된 수증기의 포화 온도보다 30~40°C 높게 가열하여 가능한 냉각을 위한 온도 예비를 생성합니다. 파이프의 연도 가스. 이를 통해 시제품 대비 전열교환기의 열교환 면적을 줄일 수 있으며, 배가스의 잔열을 유용하게 활용할 수 있다.

중요한 차이점은 습한 연도 가스를 수증기 이슬점에 가까운 온도로 최종 냉각하기 위해 접촉 가스 온수기를 사용한다는 것입니다. 온수기 입구의 연도 가스 온도는 상당히 높으며(130°C~90°C), 부분 증발을 통해 물을 50°C~65°C까지 가열할 수 있습니다. 접촉 가스 온수기 출구에서 연도 가스는 포함된 수증기의 이슬점에 가까운 온도를 가지므로 응축기의 열 교환 표면 사용 효율이 증가하고 건조 구역의 형성이 제거됩니다. 응축기의 열 전달 계수를 증가시킵니다.

배가스의 열을 활용하는 방법은 그림 1에 나와 있습니다.

표 1은 11MW 용량의 천연가스 보일러에 대한 설치 옵션의 검증 계산 결과를 보여준다.

배가스의 열을 심층적으로 활용하는 방법은 다음과 같이 수행됩니다. 연소가스 원료(1)는 가스-가스 표면판 열 교환기(2)에서 사전 냉각되어 건조된 연소가스를 가열합니다. 다음으로, 연도 가스(3)는 접촉 가스-온수기(4)에서 최종적으로 수증기의 이슬점에 가까운 온도로 냉각되어 물을 분사하며, 응축기에서 얻은 응축수를 사용하는 것이 좋습니다. 이 경우 물의 일부가 증발하여 연도 가스의 수분 함량이 증가하고 나머지는 동일한 온도로 가열됩니다. 연도 가스(5)에 포함된 수증기는 가스-공기 표면 판형 열교환기(액적 제거기(7)가 있는 응축기(6))에서 응축되어 공기를 가열합니다. 응축수(8)는 가열을 위해 접촉식 가스 온수기(4)에 공급됩니다. 응축열은 공기 덕트(10)를 통해 환경으로부터 팬(9)에 의해 공급되는 차가운 공기를 가열하는 데 사용됩니다. 가열된 공기(11)는 응축수로 보내집니다. 환기 및 난방을 위한 보일러 공장의 생산실. 이 방에서 연소 과정을 보장하기 위해 보일러에 공기가 공급됩니다. 건조된 연도 가스(12)는 연기 배출기(13)에 의해 가스-가스 표면판 열 교환기(2)로 공급되어 가열되고 굴뚝(14)으로 보내집니다.

응축기의 흐름에 의해 제거된 잔류 수증기의 응축을 방지하기 위해 가열되고 건조된 연도 가스(15)의 일부(최대 10%)가 연기 배출기(13) 앞에서 혼합됩니다(최대 10%). 그 중 초기에는 댐퍼(16)에 의해 조정됩니다.

가열된 공기(11)의 온도는 건조된 배가스(1)의 유량을 변경하거나 외부 공기 온도에 따라 배연기(13) 또는 팬(9)의 속도를 조정하여 공기 유량을 변경함으로써 조절된다.

열교환기 2와 응축기 6은 통일된 모듈형 패키지로 구성된 정반형 열교환기이며, 냉각수가 역류로 흐르도록 배치됩니다. 건조할 연도가스의 양에 따라 히터와 응축기는 계산된 수의 패키지로 구성됩니다. 온수기 4는 연도 가스를 추가로 냉각하고 물을 가열하는 접촉 가스-물 열 교환기입니다. 추가 처리 후 가열된 물(17)은 가열 네트워크 또는 증기 터빈 사이클의 손실을 보충하는 데 사용됩니다. 블록 9는 가열된 공기의 흐름을 변경하기 위해 여러 개의 팬으로 구성됩니다.

표 1은 11MW 용량의 천연가스 보일러에 대한 설치 옵션의 검증 계산 결과를 보여준다. 외부 공기 온도 -20°C를 기준으로 계산이 수행되었습니다. 계산에 따르면 접촉식 가스-온수기(4)를 사용하면 응축기(6)의 건조 구역이 사라지고 열 교환이 강화되며 설치 전력이 증가하는 것으로 나타났습니다. 회수된 열의 비율은 14.52%에서 15.4%로 증가하는 반면, 건조된 연도 가스 내 수증기의 이슬점 온도는 17°C로 감소합니다. 화력의 약 2%는 활용되지 않지만 건조된 연도 가스를 70°C의 온도로 가열하는 회수에 사용됩니다.

연도 가스가 가스-가스 표면 판형 열 교환기에서 미리 냉각되어 건조된 연도 가스를 가열하고 온수기에서 이슬점에 가까운 온도로 추가로 냉각되는 연도 가스의 열을 심층적으로 활용하는 방법 수증기의 가열, 배가스에 포함된 수증기를 응축기에서 응축시키고, 공기를 가열하는 것으로, 상기 열교환기와 응축기 사이에 설치되어 습한 배가스를 냉각시키는 표면관형 가스온수기 및 물을 가열하는 반면 공기를 가열할 때 응축기에서 주요 열 회수가 발생하고 온수기에서 추가 열 회수가 발생합니다.

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나는 배가스 처리를 위한 고려 활동을 제안합니다. 연도가스는 어떤 마을이나 도시에서도 풍부하게 사용할 수 있습니다. 연기 발생기의 주요 부분은 증기와 온수 보일러그리고 엔진 내부 연소. 이 아이디어에서는 엔진의 연도 가스를 고려하지 않을 것입니다 (비록 구성에도 적합하지만). 보일러 하우스의 연도 가스에 대해 더 자세히 설명하겠습니다.

가장 쉬운 방법은 가스 보일러실(산업용 또는 개인 주택)에서 나오는 연기를 사용하는 것입니다. 이는 유해한 불순물이 최소한으로 포함된 가장 깨끗한 유형의 연도 가스입니다. 석탄이나 액체 연료를 태우는 보일러실의 연기를 사용할 수도 있지만 이 경우 불순물로부터 연도 가스를 제거해야 합니다(그리 어렵지는 않지만 여전히 추가 비용이 듭니다).

배가스의 주성분은 질소, 이산화탄소, 수증기이다. 수증기는 아무런 가치가 없으며 가스를 차가운 표면과 접촉시켜 연도 가스에서 쉽게 제거할 수 있습니다. 나머지 구성 요소에는 이미 가격이 있습니다.

질소 가스는 소방, 가연성 및 폭발성 매체의 운송 및 저장, 쉽게 산화되는 물질 및 재료를 산화로부터 보호하고, 탱크 부식을 방지하고, 파이프라인 및 컨테이너를 퍼지하고, 불활성 환경을 조성하는 보호 가스로 사용됩니다. 곡물 사일로. 질소 보호는 박테리아의 성장을 방지하고 곤충과 미생물로부터 환경을 정화하는 데 사용됩니다. 안에 식품 산업질소 대기는 부패하기 쉬운 식품의 유통기한을 늘리는 수단으로 자주 사용됩니다. 질소 가스는 액체 질소를 생산하는 데 널리 사용됩니다.

질소를 얻으려면 배가스에서 수증기와 이산화탄소를 분리하는 것으로 충분합니다. 연기의 다음 구성 요소는 - 이산화탄소(CO2, 이산화탄소, 이산화탄소), 적용 범위가 훨씬 더 넓고 가격도 훨씬 높습니다.

그에 대해 더 완전한 정보를 얻는 것이 좋습니다. 일반적으로 이산화탄소는 노란색으로 "이산화탄소"라는 단어가 적힌 검은색으로 칠해진 40리터짜리 실린더에 저장됩니다. CO2의 더 정확한 이름은 "이산화탄소"이지만 모든 사람은 이미 "이산화탄소"라는 이름에 익숙해졌고 CO2에 할당되었으므로 실린더의 "이산화탄소"라는 문구는 여전히 보존됩니다. 이산화탄소는 액체 형태로 실린더에서 발견됩니다. 이산화탄소는 무취, 무독성, 불연성, 비폭발성입니다. 인체 내에서 자연적으로 생성되는 물질입니다. 사람이 내쉬는 공기에는 일반적으로 4.5%가 포함되어 있습니다. 이산화탄소는 주로 탄산화 및 음료 병입에 사용됩니다. 용접작업반자동 용접 시스템을 이용하여 대기 중 CO2 농도를 높이고 생산량을 증가시켜(물이 이산화탄소로 포화될 경우 4~6배) 온실 내 농작물 생산량을 2배로 늘리는 데 사용됩니다. 인공 재배 중 미세조류 제거, 사료 및 제품의 품질 보존 및 개선, 드라이아이스 생산 및 냉동 발파 설비(오염 표면 청소)에서의 사용, 식품 보관 및 운송 중 저온 확보 등

이산화탄소는 어디에서나 수요가 있는 상품이며 이에 대한 필요성은 지속적으로 증가하고 있습니다. 가정과 중소기업에서는 저용량 이산화탄소 공장의 배가스에서 이산화탄소를 추출하여 이산화탄소를 얻을 수 있습니다. 기술 분야에 종사하는 사람들이 이러한 설치를 직접 수행하는 것은 쉽습니다. 기술 공정 표준을 준수하면 생성되는 이산화탄소의 품질은 GOST 8050-85의 모든 요구 사항을 충족합니다.
이산화탄소는 보일러실(또는 개인 가구의 난방 보일러)의 배기 가스와 시설 자체에서 연료의 특수 연소를 통해 얻을 수 있습니다.

이제 문제의 경제적 측면입니다. 설비는 모든 유형의 연료에서 작동할 수 있습니다. 연료를 연소할 때(특히 이산화탄소 생성), 다음과 같은 양의 CO2가 방출됩니다.
천연가스(메탄) – 1입방미터 연소 시 1.9kg CO2. m의 가스;
무연탄, 다양한 퇴적물 – 1kg의 연료를 태울 때 발생하는 2.1-2.7kg의 CO2;
프로판, 부탄, 디젤 연료, 연료유 - 1kg의 연료를 태울 때 발생하는 3.0kg의 CO2.

방출된 이산화탄소를 모두 완전히 추출하는 것은 불가능하지만 최대 90%(95% 추출 가능)까지는 가능합니다. 40리터 실린더의 표준 충전량은 24-25kg이므로 하나의 이산화탄소 실린더를 얻기 위해 특정 연료 소비량을 독립적으로 계산할 수 있습니다.

예를 들어 천연가스를 태워 이산화탄소를 얻는다면 15m3의 가스를 태울 수 있는 양이다.

최고 요금 (모스크바)에서는 60 루블입니다. 40리터용. 이산화탄소 실린더. 보일러실의 배가스에서 CO2를 추출하는 경우 연료비가 절감되고 설치 이익이 증가하므로 이산화탄소 생산 비용이 절감됩니다. 설치는 24시간 내내 운영될 수 있습니다. 자동 모드이산화탄소를 생산하는 과정에 인간의 개입을 최소화합니다. 설비의 생산성은 연도가스에 포함된 CO2의 양과 설비의 설계에 따라 달라지며 하루에 25개 이상의 이산화탄소 실린더에 도달할 수 있습니다.

러시아 대부분의 지역에서 이산화탄소 1통의 가격은 500루블을 초과합니다(2008년 12월). 이 경우 이산화탄소 판매로 인한 월 수익은 공당 500루블에 이릅니다. x 25포인트/일. x 30일. = 375,000 문지름. 연소 시 방출되는 열은 공간 난방에 동시에 사용될 수 있어 연료 낭비가 없습니다. 대기 중으로의 CO2 배출량이 감소함에 따라 연도 가스에서 이산화탄소가 추출되는 현장의 환경 상황은 점점 개선되고 있다는 점을 명심해야 합니다.

연소로 얻은 배가스에서 이산화탄소를 추출하는 방법도 효과적입니다. 목재 폐기물(벌목 및 목재 가공, 목공소 등에서 발생하는 폐기물). 이 경우 동일한 이산화탄소 설비에 목재 가스 발생기(공장 제작 또는 자체 제작)를 추가하여 목재 가스를 생산합니다. 목재 폐기물(통나무, 나무 조각, 부스러기, 톱밥 등)을 하루에 1-2회 가스 발생기 호퍼에 붓습니다. 그렇지 않으면 설치는 위와 동일한 모드로 작동합니다.
목재 폐기물 1톤에서 나오는 이산화탄소 생산량은 66기통입니다. 1톤의 폐기물로 인한 수익은 (500 루블의 이산화탄소 실린더 가격): 500 루블/공입니다. x 66포인트 = 33,000 문지름.

~에 평균한 목재 가공 작업장에서 발생하는 목재 폐기물은 하루에 0.5톤의 폐기물을 생성하며, 이산화탄소 판매 수익은 50만 루블에 달할 수 있습니다. 월별, 다른 목재 가공 및 목공 상점에서 폐기물을 수입하는 경우 수익이 더욱 커집니다.

자동차 타이어를 태워서 이산화탄소를 얻는 것도 가능하며, 이는 환경에도 유익합니다.

지역 시장에서 소비할 수 있는 것보다 더 많은 양으로 이산화탄소를 생산하는 경우, 생산된 이산화탄소는 다른 활동에 독립적으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 다른 화학 물질 및 시약으로 가공될 수도 있습니다(예: 간단한 기술환경 친화적인 탄소 함유 비료, 반죽 팽창제 등)부터 이산화탄소로부터 자동차 휘발유 생산까지.

발전소 보일러 연소생산의 심층회수 효율성 평가

예를 들어 샤덱,공학 후보자, 독립 전문가

키워드:연소 생성물, 열회수, 보일러 플랜트 장비, 에너지 효율

보일러 플랜트의 연비 및 에너지 효율 향상 문제를 해결하기 위한 방법 중 하나는 보일러 배기가스의 심열회수 기술 개발이다. 우리는 열 펌프 장치를 사용하지 않고 최소 비용으로 냉각기 응축수를 사용하여 STU 응축기에서 보일러 연소 생성물의 열을 심층적으로 회수할 수 있는 증기 터빈 장치(STU)를 갖춘 발전소의 공정 계획을 제공합니다.

설명:

보일러 플랜트의 연료 절감 및 에너지 효율 향상 문제를 해결하는 방법 중 하나는 보일러의 배가스 열을 심층적으로 활용하는 기술 개발입니다. 증기 터빈 장치 (STU)를 갖춘 발전소의 기술 방안을 제안합니다. ), 허용 최소한의 비용, 열 펌프 장치를 사용하지 않고 PTU 응축기의 냉각기 응축수로 인해 보일러에서 나오는 연소 생성물의 열을 심층적으로 활용합니다.

E. G. 샤덱, 박사 기술. 과학, 독립 전문가

보일러 플랜트의 연료 절감 및 에너지 효율 향상 문제를 해결하는 방법 중 하나는 보일러에서 배출되는 배가스의 열을 심층적으로 활용하는 기술을 개발하는 것입니다. 우리는 열 펌프 장치를 사용하지 않고도 최소한의 비용으로 보일러에서 배출되는 연소 생성물의 열을 최대한 활용할 수 있는 증기 터빈 장치(STU)를 갖춘 발전소의 기술 계획을 제공합니다. 냉각기 - STU 응축기의 응축수.

연소 생성물(CP)의 열 활용은 천연 가스 CP의 경우 50~55°C에 해당하는 이슬점 온도 아래로 냉각될 때 보장됩니다. 이 경우 다음 현상이 발생합니다.

• 수증기 응축(연소 생성물 부피의 최대 19~20% 또는 중량의 12~13%),
• PS의 물리적 열 활용(총 열 함량의 40~45%),
• 증발 잠열 활용(각각 60~55%).

여권(최대) 효율이 92%인 보일러와 비교하여 심층 활용 시 연료 절감 효과가 10~13%라는 것이 이전에 확립되었습니다. 보일러의 화력 대비 회수열량의 비율은 약 0.10~0.12 정도이며, 응축 모드의 보일러 효율은 가스의 저발열량 기준으로 105%이다.

또한 PS에 수증기가 존재하는 상태에서 심층 활용하는 동안 방출 유해한 배출 20~40% 이상 감소하여 공정이 환경친화적입니다.

심층 재활용의 또 다른 효과는 외부 공기 온도에 관계없이 회수 열교환기가 설치된 챔버에 응축이 국부적으로 발생하기 때문에 가스 경로의 상태 및 서비스 수명이 향상된다는 것입니다.

난방 시스템의 심층 재활용

서구 선진국에서는 응축식 이코노마이저를 장착한 응축식 온수보일러를 이용하여 난방시스템의 심층 활용을 하고 있습니다.

일반적으로 일반적으로 반환 수온(30~40°C)이 낮습니다. 온도 차트, 예를 들어 70/40 0 C, 이들 국가의 난방 시스템에서는 응축수 수집, 배출 및 처리 장치가 장착된 응축 이코노마이저에서 깊은 열 회수가 가능합니다(이후 보일러에 공급하기 위해 사용). 이 방식은 인공 냉각수 없이, 즉 열 펌프 장치를 사용하지 않고 보일러의 응축 작동 모드를 보장합니다.

난방 보일러에 대한 심층 재활용의 효율성과 수익성에 대해서는 증거가 필요하지 않습니다. 콘덴싱 보일러서양에서 받은 폭넓은 적용: 제조된 모든 보일러의 최대 90%가 응축됩니다. 이러한 보일러는 우리나라에서도 생산되지는 않지만 사용됩니다.

러시아에서는 기후가 따뜻한 국가와 달리 난방 네트워크의 복귀 라인 온도가 일반적으로 이슬점보다 높으며 4파이프 시스템(극히 드물지만)이나 열 펌프를 사용할 때만 심층 활용이 가능합니다. 주된 이유심층 재활용 개발 및 구현에 대한 러시아의 지연 – 저렴한 가격천연 가스, 계획에 열 펌프 포함으로 인한 높은 자본 비용 및 긴 투자 회수 기간.

발전소 보일러의 심층 재활용

발전소 보일러의 심층 활용 효율(그림 1)은 안정적인 부하(KIM = 0.8~0.9)와 큰 단위 용량(수십 메가와트)으로 인해 난방 보일러보다 훨씬 높습니다.

높은 효율(90-94%)을 고려하여 스테이션 보일러의 연소 생성물의 열자원을 추정해 보겠습니다. 이 자원은 보일러의 화력에 따라 달라지는 폐열량(Gcal/h 또는 kW)에 의해 결정됩니다. 큐 K 및 그 이상의 온도 가스 보일러 티 1УХ, 러시아에서는 두 가지 이유로 110–130 0 C 이상에서 허용됩니다.

• 자연 통풍을 늘리고 연기 배출 장치의 압력(에너지 소비)을 줄입니다.
• 돼지, 굴뚝 및 굴뚝에 수증기가 응축되는 것을 방지합니다.

수행된 균형 및 시운전 테스트에서 얻은 실험 데이터의 대규모 배열 1에 대한 확장 분석 전문단체, 정권 카드, 관측소 통계 보고 및 배기 연소 생성물에 의한 열 손실 값 계산 결과 q 2, 회수된 열량 2 큐광범위한 스테이션 보일러 부하에 대한 UT와 그 파생 지표가 표에 나와 있습니다. 1 3 . 목표는 q 2와 수량 비율을 결정하는 것입니다. 큐 K, q 2 및 큐일반적인 보일러 작동 조건에서의 UT(표 2) 우리의 경우 증기 또는 온수, 산업 또는 난방 등 어떤 보일러가 중요하지 않습니다.

지표 테이블. 1, 전용 파란색, 알고리즘을 사용하여 계산되었습니다(도움말 참조). 심층 재활용 프로세스 계산(정의 큐 UT 등)은 에 제시되고 설명된 엔지니어링 방법론에 따라 수행되었습니다. 응축 열 교환기의 열 전달 계수 "연소 생성물 - 응축수"는 열 교환기 제조업체(OJSC Heating Plant, Kostroma)의 경험적 방법론에 따라 결정되었습니다.

결과는 높은 것으로 나타납니다 경제적 효율성스테이션 보일러의 심층 활용 기술과 제안된 프로젝트의 수익성. 시스템의 투자 회수 기간은 최소 출력 보일러(표 2, 보일러 번호 1)의 경우 2년에서 3~4개월까지입니다. 결과 비율 β, ψ, σ 및 절감 항목(표 1, 8~10행, 13~18행)을 통해 특정 프로세스인 보일러의 기능과 특정 지표를 즉시 평가할 수 있습니다.

가스 히터의 열 회수

발전소의 일반적인 기술 방식은 보일러에서 나오는 연도 가스를 사용하여 가스 히터(보일러의 꼬리 표면, 이코노마이저의 일부)에서 응축수를 가열하는 것입니다.

응축기 이후 응축수는 펌프(때때로 블록 탈염 장치를 통해, 이하 BOU라고 함)를 통해 가스 히터로 보내진 후 탈기기로 들어갑니다. 응축수의 품질이 정상이면 수처리 장치가 우회됩니다. 가스 히터의 마지막 파이프에 있는 연도 가스의 수증기 응축을 방지하기 위해 가열된 응축수를 입구로 재순환시켜 그 앞의 응축수의 온도를 최소 60°C로 유지합니다.

연도가스의 온도를 더욱 낮추기 위해 가열 네트워크의 보충수로 냉각되는 물 대 물 열 교환기가 응축수 재순환 라인에 포함되는 경우가 많습니다. 네트워크 물의 가열은 가스 히터의 응축수에 의해 수행됩니다. 가스를 10℃까지 추가로 냉각하면 각 보일러에서 약 3.5Gcal/h의 난방 부하를 얻을 수 있습니다.

가스 히터에서 응축수가 끓는 것을 방지하기 위해 제어 공급 밸브가 그 뒤에 설치됩니다. 주요 목적은 STU의 열 부하에 따라 보일러 간에 응축수 흐름을 분배하는 것입니다.

응축 열 교환기를 갖춘 심층 회수 시스템

흐름도(그림 1)에서 알 수 있듯이, 응축수 수집기에서 나온 증기 응축수는 펌프(14)에 의해 수집 탱크(21)로 공급되고, 거기서부터 분배 매니폴드(22)로 공급됩니다. 여기서, 시스템을 사용하는 응축수는 자동 조절스테이션(아래 참조)은 두 개의 흐름으로 나누어집니다. 하나는 심층 활용 장치(4), 응축 열 교환기(7)에 공급되고 두 번째 흐름은 히터에 공급됩니다. 저기압(HDPE) 18, 그리고 탈기기 15로 들어갑니다. 터빈 응축기에서 나오는 증기 응축수의 온도 (약 20-35 0 C)로 인해 응축 열 교환기 7의 연소 생성물을 필요한 40 0까지 냉각시킬 수 있습니다. ​C, 즉 깊은 활용도를 보장합니다.

응축 열 교환기(7)로부터의 가열된 증기 응축물은 HDPE(18)(또는 바이패스(18))를 통해 탈기기(15)로 공급됩니다. 응축 열 교환기(7)에서 얻은 연소 생성물 응축물은 팬과 탱크(10)로 배출됩니다. 오염된 응축수 탱크(23)로 공급되어 펌핑된다. 배수 펌프 24는 응축수 저장 탱크(25)로 들어가고, 이로부터 유량 조절기를 통해 응축수 펌프(26)가 연소 생성물 응축수 정화 섹션(도 1에 도시되지 않음)으로 공급되어 공지된 기술을 사용하여 처리된다. 연소 생성물의 정화된 응축수는 HDPE 18에 공급된 다음 탈기기 15(또는 직접 15)에 공급됩니다. 탈기기(15)로부터 깨끗한 응축수의 흐름이 공급 펌프(16)에 의해 히터로 공급됩니다. 고압 17, 그리고 그것에서 보일러 1로.

따라서 응축 열교환기에서 활용되는 연소 생성물의 열은 탈기기 앞과 탈기기 자체에서 스테이션 응축수를 가열하기 위한 발전소 공정 흐름도에서 소비되는 연료를 절약합니다.

응축 열 교환기는 보일러(27)와 가스 덕트의 교차점에 있는 챔버(35)에 설치됩니다(그림 2c). 응축 열 교환기의 열 부하는 우회, 즉 스로틀 밸브(게이트)(36)를 사용하여 우회 채널(37)을 통해 응축 열 교환기 외에 고온 가스의 일부를 제거함으로써 조절됩니다.

가장 간단한 방법은 전통적인 방식입니다: 응축식 이코노마이저, 보다 정확하게는 가스 히터와 같은 보일러 이코노마이저의 꼬리 부분이지만 응축 모드에서 작동합니다. 즉, 연소 생성물을 이슬점 온도 이하로 냉각합니다. 그러나 동시에 구조적, 운영상의 어려움(유지보수 등)이 발생하여 특별한 솔루션이 필요합니다.

쉘 앤 튜브, 직선 튜브, 널링 핀, 플레이트 또는 플레이트 등 다양한 유형의 열 교환기를 적용할 수 있습니다. 효율적인 디자인와 함께 새로운 형태굽힘 반경이 작은 열 교환 표면(재생기 RG-10, NPC "Anod"). 이 방식에서는 VNV123-412-50ATZ 브랜드(OJSC Heating Plant, Kostroma)의 바이메탈 히터를 기반으로 한 열교환 블록 섹션이 응축 열교환기로 사용됩니다.

섹션 레이아웃과 물 및 가스 연결을 선택하면 권장 제한(1~4m/s) 내에서 물과 가스의 속도를 변경하고 보장할 수 있습니다. 연도, 챔버, 가스 경로는 부식 방지 재료, 코팅, 특히 스테인리스강, 플라스틱으로 만들어지며 이는 일반적으로 허용되는 관행입니다.

* 화학적 불완전연소로 인한 열손실이 없습니다.

응축형 열교환기를 이용한 심층 재활용의 특징

이 기술의 높은 효율성으로 인해 바이패스 정도, 응축 열 교환기 뒤의 연소 생성물 온도 등 수익성을 유지하면서 시스템의 화력을 넓은 범위 내에서 조절할 수 있습니다. 응축 열교환기 QUT 및 이에 따라 수집기(22)(그림 1 )에서 공급되는 응축수의 양은 작동 매개변수를 고려하여 기술 및 경제 계산 및 설계 고려 사항에 따라 최적(반드시 최대는 아님)으로 결정됩니다. , 보일러 및 스테이션 전체의 기술 계획의 기능 및 조건.

천연가스 연소 생성물과 접촉한 후 응축수는 고품질간단하고 저렴한 청소가 필요합니다. 즉, 탈탄소화(항상 그런 것은 아님) 및 가스 제거가 필요합니다. 화학적 수처리 현장(표시되지 않음)에서 처리한 후 응축수는 유량 조절기를 통해 스테이션의 응축수 라인, 탈기기, 그리고 보일러로 펌핑됩니다. 응축수를 사용하지 않으면 하수구로 배수됩니다.

응축수 수집 및 처리 장치(그림 1, 위치 8, 10, 그림 2, 위치 23-26)에는 심층 재활용 시스템의 잘 알려진 표준 장비가 사용됩니다(예를 들어 참조).

설비에서는 다량의 과잉 물(탄화수소 및 불어오는 공기의 연소로 인한 수증기 응축물)이 생성되므로 시스템을 재충전할 필요가 없습니다.

응축 열교환기 출구의 연소 생성물 온도 티 2УХ는 배기 연소 생성물의 수증기 응축 조건 (40-45 0C 범위)에 의해 결정됩니다.

가스 경로, 특히 굴뚝에서 응축수의 형성을 방지하기 위해 우회가 제공됩니다. 즉, 깊은 활용 장치 외에 우회 채널을 통해 연소 생성물의 일부를 우회하여 그 뒤에 있는 가스 혼합물의 온도를 높입니다. 70-90 0 C 범위에 있습니다. 우회는 모든 프로세스 지표를 악화시킵니다. 최적의 모드– 추운 계절에는 바이패스를 사용하고 여름에는 결로 및 결빙의 위험이 없는 바이패스를 사용하여 작업합니다.

보일러 배기가스의 온도(보통 110~130°C)로 인해 탈기기 앞의 응축 열교환기에서 응축수가 필요한 90~100°C까지 가열될 수 있습니다. 따라서 기술의 온도 요구 사항이 충족됩니다. 응축수 가열(약 90°C) 및 냉각 제품 연소(최대 40°C)가 응축될 때까지.

연소 생성물 열회수 기술 비교

보일러 연소 생성물의 열 활용에 대한 결정을 내릴 때 제안된 심층 활용 시스템의 효율성과 전통적인 방식가스 히터를 가장 가까운 아날로그이자 경쟁자로 사용합니다.

우리의 예(참고자료 1 참조)에서는 심층 활용 중에 회수된 열량을 얻었습니다. 큐 UT는 976kW와 같습니다.

가스 응축수 히터 입구의 응축수 온도는 60 0 C (위 참조)이고 출구의 연소 생성물 온도는 최소 80 0 C라고 가정합니다. 그런 다음 연소 생성물의 열 가스 히터에 활용되는 열 절약량은 289kW로 심층 재활용 시스템보다 3.4배 적습니다. 따라서 이 예에서 "발행 가격"은 687kW 또는 연간 기준으로 약 300만 루블의 가스 594,490m 3(KIM = 0.85)입니다. 이득은 보일러 전력에 따라 증가합니다.

심층 재활용 기술의 장점

결론적으로, 에너지 절약 외에도 발전소 보일러의 연소 생성물을 심층적으로 활용하면 다음과 같은 결과가 달성된다는 결론을 내릴 수 있습니다.

• 독성 산화물 CO 및 NOx의 배출을 줄여 공정의 환경 청결을 보장합니다.
• 여분의 물을 추가로 확보하여 보일러 보충수의 필요성을 제거합니다.
• 연소 생성물로부터의 수증기 응축은 응축 열교환기의 한 장소에 국한됩니다. 액적 제거기 이후에 약간의 비산이 발생하는 것 외에도 후속 가스 경로의 응축 및 습기의 부식 효과로 인한 가스 덕트의 관련 파괴, 경로, 특히 굴뚝의 얼음 형성이 제거됩니다.
• 어떤 경우에는 물 대 물 열 교환기의 사용이 선택 사항이 됩니다. 재순환이 필요하지 않습니다. 배기 연소 생성물의 온도를 높이기 위해 뜨거운 가스의 일부를 냉각된 가스와 혼합(또는 가열된 응축수와 차가운 가스)하여 가스 경로와 굴뚝의 응축을 방지합니다(에너지 절약 및 돈).

문학

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1 주요 데이터 소스: 온수 보일러 검사(난방 네트워크의 보일러실 3개에 11개 장치), 재료 수집 및 처리.

2 계산 방법, 특히 큐 UT, 주어진.

가스 연소 산업용 보일러실의 배가스 열 사용

가스 연소 산업용 보일러실의 배가스 열 사용

기술 과학 후보 Sizov V.P., 기술 과학 박사 Yuzhakov A.A., 기술 과학 후보 Kapger I.V.,
Permavtomatika LLC, 시조프펌@ 우편 .루

개요: 천연가스 가격은 전 세계적으로 크게 다릅니다. 이는 국가의 WTO 가입 여부, 국가의 가스 수출 또는 수입 여부, 가스 생산 비용, 산업 상태, 정치적 결정 등에 따라 다릅니다. 우리나라의 WTO 가입과 관련된 러시아 연방의 가스 가격 증가할 것이며 정부는 국내와 해외 모두에서 천연가스 가격을 균등화할 계획입니다. 유럽과 러시아의 휘발유 가격을 대략 비교해 보겠습니다.

러시아 – 3루블/m3.

독일 - 25루블/m3.

덴마크 - 42 루블/m3.

우크라이나, 벨로루시 - 10루블/m3.

가격은 상당히 합리적입니다. 유럽 ​​국가에서는 응축형 보일러가 널리 사용되며 열 발생 과정에서 전체 점유율이 90%에 이릅니다. 러시아에서는 보일러 가격이 높고 가스 비용이 저렴하며 온도가 높기 때문에 이러한 보일러는 주로 사용되지 않습니다. 중앙 집중식 네트워크. 또한 보일러실의 가스 연소를 제한하는 시스템을 유지 관리합니다.

현재 냉각수 에너지를보다 완벽하게 사용하는 문제가 점점 더 중요해지고 있습니다. 열이 대기로 방출되면 환경에 추가적인 압력이 가해질 뿐만 아니라 보일러실 소유자의 비용도 증가합니다. 동시에, 현대 기술을 통해 연도가스 열을 보다 완벽하게 활용하고 낮은 발열량을 기준으로 계산된 보일러 효율을 최대 111%까지 높일 수 있습니다. 연도 가스로 인한 열 손실은 보일러의 열 손실 중 주요 위치를 차지하며 5에 달합니다. ¸ 생성된 열의 12%. 또한, 연료 연소 중에 형성되는 수증기의 응축열을 이용할 수도 있다. 수증기가 응축되는 동안 방출되는 열량은 연료 유형에 따라 다르며 액체 연료의 경우 3.8%, 기체 연료(메탄의 경우)의 경우 최대 11.2% 범위이며 높은 연소열과 낮은 연소열의 차이로 정의됩니다. 연료의 양(표 1).

표 1 - 더 높거나 낮은 발열량 값 다양한 유형연료

배기 가스에는 현열과 잠열이 모두 포함되어 있는 것으로 나타났습니다. 더욱이 후자는 어떤 경우에는 현열을 초과하는 값에 도달할 수 있습니다. 현열은 신체에 공급되는 열량의 변화로 인해 온도가 변화하는 열입니다. 잠열은 기화(응결)열로서 물체의 온도를 변화시키지는 않으나 물체의 응집상태를 변화시키는 역할을 한다. 이 설명은 그래프로 설명됩니다(그림 1, 엔탈피(공급된 열량)는 가로축을 따라 표시되고 온도는 세로축을 따라 표시됩니다).

쌀. 1 - 물에 대한 엔탈피 변화의 의존성

그래프 A-B 부분에서는 물이 0°C에서 100°C로 가열됩니다. 이 경우 물에 공급되는 모든 열은 온도를 높이는 데 사용됩니다. 그런 다음 엔탈피의 변화는 공식 (1)에 의해 결정됩니다.

(1)

여기서 c는 물의 열용량, m은 가열된 물의 질량, Dt – 온도차.

B-C 그래프의 섹션은 물이 끓는 과정을 보여줍니다. 이 경우 물에 공급되는 모든 열은 증기로 변환하는 데 소비되며 온도는 100 ° C로 일정하게 유지됩니다. 구성 그래픽 CD모든 물이 증기로 변한 후(끓어 없어짐), 그 후 열이 소비되어 증기의 온도를 높이는 것을 보여줍니다. 그런 다음 단면 A-C에 대한 엔탈피 변화는 공식(2)로 특성화됩니다.

어디 r = 2500 kJ/kg – 대기압에서 물의 증발 잠열.

표에서 볼 수 있듯이 최고 발열량과 최저 발열량의 가장 큰 차이는 다음과 같습니다. 1, 메탄이므로 천연가스(최대 99% 메탄)가 가장 높은 수익성을 제공합니다. 여기에서 메탄 기반 가스에 대한 모든 추가 계산 및 결론이 제공됩니다. 메탄의 연소반응을 고려해보자(3)

이 반응의 방정식에 따르면 메탄 한 분자를 산화하려면 두 분자의 산소가 필요합니다. 1m 3의 메탄을 완전히 연소하려면 2m 3의 산소가 필요합니다. 보일러 장치에서 연료를 연소할 때 산화제로 사용됩니다. 대기, 이는 가스의 혼합물을 나타냅니다. 기술 계산의 경우 공기의 조건부 구성은 일반적으로 산소(21vol.%)와 질소(79vol.%)의 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. 공기의 구성을 고려할 때, 연소 반응을 수행하려면 가스의 완전 연소에는 산소보다 100/21 = 4.76배 더 많은 공기량이 필요합니다. 따라서 1m 3의 메탄을 태우려면 2가 필요합니다. ×4.76=9.52 공기. 산화 반응식에서 볼 수 있듯이 결과는 이산화탄소, 수증기(배연가스) 및 열입니다. (3)에 따라 연료 연소 중에 방출되는 열을 연료의 순 발열량(PCI)이라고 합니다.

수증기를 냉각하면 특정 조건에서 응축이 시작되고(기체 상태에서 액체로 전환) 동시에 추가 열이 방출됩니다(기화/응축 잠열). 2.

쌀. 2 – 수증기 응축 중 열 방출

연도 가스의 수증기는 순수한 수증기와는 약간 다른 특성을 가지고 있다는 점을 명심해야 합니다. 이들은 다른 가스와 혼합되어 있으며 해당 매개변수는 혼합물의 매개변수와 일치합니다. 따라서 응축이 시작되는 온도는 100°C와 다릅니다. 이 온도의 값은 연도 가스의 구성에 따라 달라지며, 이는 연료의 유형과 구성뿐만 아니라 과잉 공기 계수의 결과이기도 합니다.
연료 연소 생성물에서 수증기 응축이 시작되는 연도 가스의 온도를 이슬점이라고 하며 그림 3과 같습니다.

쌀. 3 – 메탄의 이슬점

결과적으로, 가스와 수증기가 혼합된 연도가스의 경우 엔탈피는 약간 다른 법칙에 따라 변합니다(그림 4).

그림 4 – 증기-공기 혼합물의 열 방출

그림의 그래프에서. 4에서는 두 가지 중요한 결론을 도출할 수 있다. 첫째, 이슬점 온도는 연도 가스가 냉각되는 온도와 같습니다. 둘째, 그림과 같이 과정을 거칠 필요는 없습니다. 2, 전체 응축 구역은 실질적으로 불가능할 뿐만 아니라 불필요합니다. 이는 결국 다양한 구현 가능성을 제공합니다. 열 균형. 즉, 거의 모든 소량의 냉각수를 사용하여 연도 가스를 냉각할 수 있습니다.

위에서부터, 연도 가스 및 수증기의 열을 활용하여 더 낮은 발열량을 기반으로 보일러 효율을 계산할 때 효율이 크게 증가할 수 있다는 결론을 내릴 수 있습니다(100% 이상). 언뜻보기에 이것은 물리학 법칙에 모순되지만 실제로 여기에는 모순이 없습니다. 이러한 시스템의 효율은 더 높은 발열량을 기준으로 계산되어야 하며, 더 낮은 발열량을 기준으로 효율을 결정하는 것은 기존 보일러의 효율과 효율성을 비교할 필요가 있는 경우에만 수행되어야 합니다. 이러한 맥락에서만 효율성 > 100%가 의미가 있습니다. 우리는 이러한 설치의 경우 두 가지 효율성을 제공하는 것이 더 정확하다고 믿습니다. 문제 진술은 다음과 같이 공식화될 수 있다. 배기가스의 연소열을 보다 완벽하게 활용하려면 배기가스를 이슬점 이하의 온도로 냉각해야 합니다. 이 경우, 가스 연소 중에 생성된 수증기가 응축되어 증발 잠열을 냉각수로 전달합니다. 이 경우, 연도 가스의 냉각은 주로 연도 가스의 온도와 냉각수의 온도에 따라 특수 설계의 열 교환기에서 수행되어야 합니다. 물을 다음과 같이 사용 중간 냉각수이 경우 가장 낮은 온도의 물을 사용할 수 있기 때문에 가장 매력적입니다. 결과적으로 열교환기 출구의 수온, 예를 들어 54℃를 구하여 사용하는 것이 가능하다. 리턴 라인을 냉각수로 사용하는 경우 온도는 최대한 낮아야 하며 이는 다음과 같은 경우에만 가능합니다. 저온 시스템소비자로서 난방.

보일러 장치의 연도 가스 고성능, 원칙적으로 철근 콘크리트로 전환되거나 벽돌 파이프. 부분적으로 건조된 연도 가스의 후속 가열을 위해 특별한 조치를 취하지 않으면 파이프는 모든 후속 결과와 함께 응축 열교환기로 전환됩니다. 이 문제를 해결하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 첫 번째 방법은 바이패스를 사용하는 것으로, 예를 들어 가스의 일부(예: 80%)가 열교환기를 통과하고 나머지 20%는 바이패스를 통과한 후 가스와 혼합됩니다. 부분적으로 건조된 가스. 따라서 가스를 가열함으로써 이슬점을 파이프가 건식 모드에서 작동하는 데 필요한 온도로 이동합니다. 두 번째 방법은 다음과 같습니다. 플레이트 회복기. 이 경우 배기가스는 복열 장치를 여러 번 통과하여 스스로 가열됩니다.

3층 구조를 갖는 150m의 일반적인 파이프(그림 5-7)를 계산하는 예를 고려해 보겠습니다. 계산은 소프트웨어 패키지에서 수행되었습니다. 앤시스 -CFX . 그림을 보면 파이프 내 가스 이동이 뚜렷한 난류 특성을 가지며 결과적으로 단순화된 경험적 방법론에 따라 라이닝의 최소 온도가 팁 영역에 있지 않을 수 있음이 분명합니다. .

쌀. 7 - 라이닝 표면의 온도 장

가스 경로에 열교환기를 설치하면 공기 역학적 저항이 증가하지만 배기 가스의 양과 온도는 감소합니다. 이로 인해 연기 배출기의 전류가 감소합니다. 응축수의 형성은 내식성 재료 사용 측면에서 가스 경로 요소에 특별한 요구 사항을 부과합니다. 응축수의 양은 유용한 열 교환기 전력 1Gcal당 약 1000-600kg/시간입니다. 천연가스를 연소할 때 연소 생성물 응축수의 pH 값은 4.5-4.7이며 이는 산성 환경에 해당합니다. 응축수가 적은 경우 교체 가능한 블록을 사용하여 응축수를 중화하는 것이 가능합니다. 그러나 대형 보일러실의 경우 가성소다 투입 기술을 사용해야 합니다. 실습에서 알 수 있듯이 소량의 응축수를 중화 없이 보충용으로 사용할 수 있습니다.

위에서 언급한 시스템 설계의 주요 문제는 물질의 단위 부피당 엔탈피 차이가 너무 크다는 것이며, 그에 따른 기술적 문제는 가스 측의 열 교환 표면이 발달한다는 점입니다. 러시아 연방 산업에서는 KSK, VNV 등과 같은 유사한 열교환기를 대량 생산합니다. 기존 구조에서 가스측 열교환 표면이 얼마나 발달했는지 살펴보겠습니다(그림 8). 라디에이터의 핀을 따라 물(액체)이 내부로 흐르고 공기(배기 가스)가 외부에서 흐르는 일반적인 튜브입니다. 계산된 히터 비율은 다음과 같이 표현됩니다.

쌀. 8 – 히터 튜브 도면.

계수

케이 =에스 나르 /에스 vn, (4),

어디 에스 나르 – 열 교환기의 외부 면적 mm 2 및 에스 vn – 튜브의 내부 영역.

우리가 얻는 구조의 기하학적 계산에서 케이 =15. 이는 튜브의 외부 면적이 내부 면적보다 15배 더 크다는 것을 의미합니다. 이는 단위 부피당 공기 엔탈피가 단위 부피당 물 엔탈피보다 몇 배나 작다는 사실로 설명됩니다. 공기 1리터의 엔탈피가 물 1리터의 엔탈피보다 몇 배나 작은지 계산해 보겠습니다. 에서

물의 엔탈피: E in = 4.183 KJ/l*K.

공기 엔탈피: E 공기 = 0.7864 J/l*K. (온도 130 0C에서).

따라서 물의 엔탈피는 공기의 엔탈피보다 5319배 더 큽니다. 케이 =에스 나르 /에스 vn . 이상적으로 이러한 열교환기에서는 계수 K가 5319가 되어야 하는데, 내부 표면에 비해 외부 표면이 15배 전개되므로 본질적으로 공기와 물 사이의 엔탈피 차이는 다음 값으로 줄어듭니다. 케이 = (5319/15) = 354. 비율을 얻기 위해 내부 표면과 외부 표면의 비율을 기술적으로 개발하십시오. 케이 =5319 매우 어렵거나 거의 불가능합니다. 이 문제를 해결하기 위해 우리는 공기(배기가스)의 엔탈피를 인위적으로 높이려고 노력할 것입니다. 이를 위해 노즐에서 배기 가스로 물(동일 가스의 응축수)을 분사합니다. 분무된 물이 모두 가스중에서 완전히 증발하여 가스의 상대습도가 100%가 될 정도의 양으로 분무해 봅시다. 가스의 상대습도는 표 2를 기준으로 계산할 수 있습니다.

표 2. 다양한 온도와 대기압에서 물의 상대 습도가 100%인 절대 기체 습도 값.

그림 3에서 매우 고품질 버너를 사용하면 배기 가스의 이슬점 온도 T dew = 60 0 C를 달성할 수 있음이 분명합니다. 이 경우 이러한 가스의 온도는 130 0 C입니다. T 이슬 = 60 0 C에서 가스의 절대 수분 함량(표 2에 따름)은 다음과 같습니다. 129,70 g/m 3 . 이 가스에 물을 뿌리면 온도가 급격히 떨어지고 밀도가 증가하며 엔탈피가 급격히 상승합니다. 위에 물을 뿌리는 것이 중요합니다. 상대습도 100% 말이 안되기 때문에... 상대 습도 임계값이 100%를 초과하면 분사된 물이 가스로 증발하는 것을 중지합니다. 다음 조건에 필요한 분사수의 양을 간단히 계산해 보겠습니다. Tg – 초기 가스 온도는 120°C, T 상승 - 가스 이슬점 60 0 C(129.70 g/m 3), 필수 IT: Tgk - 가스의 최종 온도 및 Mv - 가스에 분사되는 물의 질량(kg)

해결책. 모든 계산은 가스 1m 3을 기준으로 수행됩니다. 계산의 복잡성은 원자화의 결과로 가스의 밀도와 열용량, 부피 등이 모두 변한다는 사실에 의해 결정됩니다. 또한 절대 건조 가스에서 증발이 발생한다고 가정합니다. 물을 가열하는 에너지는 고려되지 않습니다.

물이 증발하는 동안 가스가 물에 제공하는 에너지의 양을 계산해 봅시다.

여기서: c – 가스의 열용량(1 KJ/kg.K), 중 – 가스 질량(1kg/m 3)

기체로 증발하는 동안 물이 포기하는 에너지의 양을 계산해 봅시다.

어디: 아르 자형 – 기화 잠열 에너지(2500KJ/kg), 중 – 증발된 물의 질량

대체의 결과로 우리는 다음 함수를 얻습니다.

(5)

표 2에 표시된 것보다 더 많은 물을 분사하는 것은 불가능하며 가스에는 이미 증발된 물이 포함되어 있다는 점을 고려해야 합니다. 선택과 계산을 통해 우리는 가치를 얻었습니다 중 = 22 g, Tgk = 65 0 C. 상대 습도가 100%이고 냉각되면 잠재 에너지와 현열 에너지가 모두 방출된다는 점을 고려하여 생성된 가스의 실제 엔탈피를 계산해 보겠습니다. 그런 다음 우리는 두 엔탈피의 합을 얻습니다. 가스 엔탈피와 응축수의 엔탈피.

E voz = Eg + Evod

예: 우리는 참고 문헌 1.1(KJ/m 3 *K)에서 찾았습니다.

에보드우리는 테이블을 기준으로 계산합니다. 2. 65 0 C에서 64 0 C로 냉각되는 우리 가스는 6.58 그램의 물을 방출합니다. 응축엔탈피는 에보드=2500J/g아니면 우리의 경우 Evod=16.45KJ/m 3

응축수의 엔탈피와 기체의 엔탈피를 합산해 봅시다.

E voz =17.55(J/l*K)

물을 뿌려보면 알 수 있듯이 가스의 엔탈피를 22.3배 증가시킬 수 있었습니다. 물을 뿌리기 전의 가스 엔탈피는 E air = 0.7864 J/l*K였습니다. (온도 130 0C에서). 스퍼터링 후 엔탈피는 다음과 같습니다. 에보즈 = 17.55(J/l*K).이는 동일한 표준 열교환기 유형 KSK, VNV에서 동일한 열에너지를 얻기 위해 열교환기 면적을 22.3배까지 줄일 수 있음을 의미합니다. 다시 계산된 계수 K(값은 5319)는 16과 같습니다. 그리고 이 계수를 사용하여 열교환기는 상당히 실현 가능한 치수를 얻습니다.

이러한 시스템을 만들 때 또 다른 중요한 문제는 스프레이 프로세스 분석입니다. 물이 가스에서 증발할 때 필요한 방울의 직경은 얼마입니까? 액적이 충분히 작은 경우(예: 5μM), 완전히 증발하기 전 가스 내 액적의 수명은 매우 짧습니다. 예를 들어 액적의 크기가 600μM인 경우 완전히 증발하기 전에 자연적으로 가스 내에 훨씬 오랫동안 남아 있게 됩니다. 이 물리적 문제에 대한 해결책은 증발 과정이 온도, 습도, 물방울 직경 등 끊임없이 변화하는 특성으로 발생한다는 사실로 인해 매우 복잡합니다. 이 과정에 대한 해결책이 제시되고 완료 시간을 계산하는 공식이 제공됩니다. 증발 ( ) 방울은 다음과 같습니다

(6)

어디: ρ 그리고 - 액체 밀도(1kg/dm3), 아르 자형 – 기화 에너지(2500 kJ/kg), λ g – 가스의 열전도도(0.026 J/m 2 K), 디 2 – 액적 직경(m), Δ 티 – 가스와 물 사이의 평균 온도 차이(K).

그런 다음 (6)에 따르면 직경이 100μM인 액적의 수명이 결정됩니다. (1*10 -4 m)은 τ = 2*10 -3 시간 또는 1.8초이며, 직경이 50 µM인 방울의 수명입니다. (5*10 -5 m)은 τ = 5*10 -4시간 또는 0.072초와 같습니다. 따라서 방울의 수명, 우주에서의 비행 속도, 가스 유속 및 기하학적 치수가스 덕트를 사용하면 가스 덕트의 관개 시스템을 쉽게 계산할 수 있습니다.

아래에서는 위에서 얻은 관계를 고려하여 시스템 설계의 구현을 고려할 것입니다. 배기가스 열교환기는 거리 온도에 따라 작동해야 하며, 그렇지 않으면 응축수가 형성될 때 주택 파이프가 파괴될 것으로 생각됩니다. 그러나 배기 가스의 온도가 예를 들어 +10°C라는 사실에도 불구하고 거리 온도에 관계없이 작동하고 영하의 온도에서도 배기 가스에서 더 나은 열 제거 기능을 갖는 열 교환기를 제조할 수 있습니다. 0C (이 가스의 이슬점은 0 0C입니다). 이는 열 교환 중에 컨트롤러가 이슬점, 열 교환 에너지 및 기타 매개변수를 계산한다는 사실에 의해 보장됩니다. 제안된 시스템의 기술 다이어그램을 살펴보겠습니다(그림 9).

기술 다이어그램에 따르면 열교환기에 다음이 설치됩니다. 조정 가능한 댐퍼 a-b-c-d; 열교환기 d-e-zh; 온도 센서 1-2-3-4-5-6; o 스프링클러(펌프 H 및 노즐 그룹); 제어 컨트롤러.

제안된 시스템의 기능을 고려해 보겠습니다. 배기 가스가 보일러에서 빠져나가도록 하십시오. 예를 들어, 온도 120 0 C 및 이슬점 60 0 C(다이어그램에 120/60으로 표시됨) 온도 센서(1)는 보일러 배기 가스의 온도를 측정합니다. 이슬점은 가스 연소의 화학양론을 기준으로 컨트롤러에 의해 계산됩니다. 가스의 경로에 게이트(a)가 나타납니다. 비상셔터입니다. 장비 수리, 오작동, 정밀 검사, 유지 관리 등의 경우 닫힙니다. 따라서 댐퍼(a)는 완전히 열려 보일러 배기 가스를 연기 배출 장치로 직접 전달합니다. 이 방식을 사용하면 실제로 열 회수율이 0이 되며, 열 교환기 설치 이전과 마찬가지로 연도 가스 제거 방식이 복원됩니다. 작동 조건에서 게이트(a)는 완전히 닫히고 가스의 100%가 열 교환기로 들어갑니다.

열 교환기에서 가스는 냉각되는 복열기(e)로 들어가지만 어떤 경우에도 이슬점(60°C)보다 낮지는 않습니다. 예를 들어, 90°C로 냉각되었습니다. 수분이 방출되지 않았습니다. 가스 온도는 온도 센서 2에 의해 측정됩니다. 복열기 이후의 가스 온도는 게이트(b)를 사용하여 조정할 수 있습니다. 열교환기의 효율을 높이려면 규제가 필요합니다. 수분이 응축되는 동안 가스의 질량은 가스가 얼마나 냉각되었는지에 따라 감소하므로 최대 2/11까지 제거할 수 있습니다. 총질량물 형태의 가스. 이 수치는 어디에서 왔습니까? 고려해 봅시다 화학식메탄 산화 반응(3).

1m 3 의 메탄을 산화하려면 2m 3 의 산소가 필요합니다. 그러나 공기에는 산소가 20%만 포함되어 있으므로 1m 3의 메탄을 산화하려면 10m 3의 공기가 필요합니다. 이 혼합물을 태우면 1m 3의 이산화탄소, 2m 3의 수증기, 8m 3의 질소 및 기타 가스가 생성됩니다. 응축을 통해 배기가스에서 물 형태의 모든 폐가스 중 2/11 미만을 제거할 수 있습니다. 이를 위해서는 배기가스를 외부 온도까지 냉각시켜야 합니다. 적절한 비율의 물이 방출됩니다. 연소를 위해 거리에서 가져온 공기에도 약간의 수분이 포함되어 있습니다.

방출된 물은 열교환기 바닥에서 제거됩니다. 따라서 전체 가스 구성(11/11 부분)이 보일러-복수기(e)-열 회수 장치(f)의 경로를 따라 통과하면 배기 가스의 9/11 부분만 반대쪽을 통과할 수 있습니다. 회복기 (e). 나머지(수분 형태의 가스의 최대 2/11 부분)는 열 교환기에서 떨어질 수 있습니다. 그리고 열교환기의 공기역학적 저항을 최소화하기 위해 게이트(b)를 약간 열 수 있습니다. 이 경우 배기가스가 분리됩니다. 일부는 회복기(e)를 통과하고 일부는 게이트(b)를 통과합니다. 게이트(b)가 완전히 열리면 가스가 냉각되지 않고 통과하며 온도 센서 1과 2의 판독값이 일치합니다.

펌프 H와 노즐 그룹을 갖춘 관개 시스템이 가스 경로를 따라 설치됩니다. 가스는 응축 중에 방출되는 물로 관개됩니다. 가스에 수분을 분사하는 인젝터는 이슬점을 급격히 높이고 냉각시키며 단열 압축합니다. 고려 중인 예에서는 가스 온도가 62/62로 급격히 떨어지고, 가스에 분사된 물이 가스 속에서 완전히 증발하므로 이슬점과 가스 온도가 일치합니다. 열 교환기(e)에 도달하면 잠열 에너지가 방출됩니다. 또한, 가스 흐름의 밀도는 급격히 증가하고 속도는 급격히 감소합니다. 이러한 모든 변화는 더 나은 방향으로 열 전달 효율을 크게 변화시킵니다. 분사되는 물의 양은 컨트롤러에 의해 결정되며 온도 및 가스 흐름과 관련됩니다. 열교환기 앞의 가스 온도는 온도 센서 6에 의해 모니터링됩니다.

다음으로, 가스는 열 교환기(e)로 들어갑니다. 열 교환기에서 가스는 예를 들어 350C의 온도로 냉각됩니다. 따라서 이러한 가스의 이슬점도 350C가 됩니다. 배기 가스 경로의 다음 열 교환기는 열입니다. 교환기 (g). 연소공기를 가열하는 역할을 합니다. 이러한 열 교환기에 공급되는 공기 온도는 -35 0C에 도달할 수 있습니다. 이 온도는 해당 지역의 최소 외부 공기 온도에 따라 달라집니다. 배기가스에서 수증기의 일부가 제거되기 때문에 배기가스의 질량 흐름은 연소 공기의 질량 흐름과 거의 일치합니다. 예를 들어, 열교환기에 부동액을 채우십시오. 열교환기 사이에는 게이트(c)가 설치됩니다. 이 게이트는 이산 모드에서도 작동합니다. 외부가 따뜻해지면 열교환기(g)에서 열을 추출할 필요가 없습니다. 작동이 중지되고 게이트(c)가 완전히 열리면서 배기 가스가 열 교환기(g)를 우회하여 통과할 수 있습니다.

냉각된 가스의 온도는 온도 센서(3)에 의해 결정됩니다. 그런 다음 이러한 가스는 회복기(d)로 보내집니다. 이를 통과한 후, 회복기 반대편의 가스 냉각에 비례하여 특정 온도로 가열됩니다. 게이트(d)는 복열기의 열 교환을 조절하는 데 필요하며 개방 정도는 외부 온도(센서 5)에 따라 달라집니다. 따라서 외부가 매우 추우면 게이트(d)가 완전히 닫히고 파이프의 이슬점을 피하기 위해 복열기에서 가스가 가열됩니다. 외부가 더우면 게이트 (d)가 열려 있고 게이트 (b)도 열려 있습니다.

결론:

액체/기체 열 교환기의 열 교환 증가는 기체 엔탈피의 급격한 상승으로 인해 발생합니다. 그러나 제안된 물 분사는 엄격하게 측정된 용량으로 이루어져야 합니다. 또한 배기가스에 물을 첨가할 때 외부 온도도 고려됩니다.

결과 계산 방법을 사용하면 굴뚝의 습기 응결을 방지하고 크게 증가할 수 있습니다. 보일러 효율. 유사한 기술이 가스 터빈 및 기타 응축기 장치에 적용될 수 있습니다.

제안된 방법을 사용하면 보일러의 설계는 변경되지 않고 수정만 됩니다. 개조 비용은 보일러 비용의 약 10%입니다. 현재 휘발유 가격 기준으로 투자 회수 기간은 약 4개월입니다.

이 접근 방식은 구조물의 금속 소비량과 그에 따른 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 또한 열교환기의 공기역학적 저항이 크게 떨어지며 배연 장치의 부하도 줄어듭니다.

문학:

1.아로노프 I.Z. 가스화된 보일러실의 배가스에서 나오는 열을 사용합니다. – M.: “에너지”, 1967. – 192 p.

2.타데우스 호블러. 열 전달 및 열 교환기. – 레닌그라드: 화학 문헌에 관한 국가 과학 간행물, 1961. – 626 p.

설명:

브랸스크 난방 네트워크설계 연구소 LLC VKTIstroydormash-Proekt와 함께 우리는 온수 보일러에서 나오는 연도 가스(UUTG)의 열 회수를 위해 Bryansk 시설에 있는 두 개의 보일러실에서 개발, 제조 및 구현했습니다.

배가스 열회수 플랜트

N. F. 스비리도프, R. N. 스비리도프, 브라이언스크 열 네트워크,

I. N. 이부코프, B. L. 터크, LLC "VKTIstroydormash-프로젝트"

Bryansk Heat Networks는 설계 연구소 VKTIstroydormash-Proekt LLC와 함께 Bryansk에 있는 두 개의 보일러실에 있는 온수 보일러에서 발생하는 연도 가스 열 회수(UHTG)용 설치를 개발, 제조 및 구현했습니다.

이 구현 결과 다음과 같은 결과를 얻었습니다.

수용된 열 1Gcal/h당 추가 자본 투자는 새 보일러실을 건설하는 경우에 비해 2배 이상 낮으며 약 0.6년 내에 상환됩니다.

사용되는 장비는 유지 관리가 매우 쉽고 자유 냉각수, 즉 이전에 대기로 배출된 배가스(FG)를 사용하기 때문에 1Gcal의 열 비용은 발생하는 열 비용보다 8~10배 저렴합니다. 보일러실로;

계수 유용한 행동보일러가 10% 증가했습니다.

따라서 2002년 3월 시간당 1Gcal의 열 용량을 갖춘 첫 번째 UTG를 구현하는 데 드는 모든 비용은 830,000루블에 달했으며 연간 예상 절감액은 150만 루블이 될 것입니다.

이러한 높은 기술 및 경제 지표는 이해할 수 있습니다.

화력 0.5MW 이상의 국내 최고 보일러의 효율은 93%에 달한다는 의견이 있다. 실제로는 83%를 초과하지 않으며 그 이유는 다음과 같습니다.

연료 연소의 발열량은 낮고 높습니다. 저발열량은 연료 연소 시 생성되는 수분과 그 안에 함유된 수분의 증발에 소모되는 열량만큼 고발열량보다 적습니다. 가장 저렴한 연료의 예 - 천연 가스: 연소 중에 형성된 DG에는 수증기가 포함되어 있으며 부피의 최대 19%를 차지합니다. 높은 연소열은 낮은 열보다 약 10% 정도 초과합니다.

디젤 발전기가 대기 중으로 배출되는 굴뚝의 성능을 향상시키기 위해서는 디젤 발전기에 존재하는 수증기가 굴뚝에서 최대한 응축되기 시작하지 않는 것이 필요합니다. 저온환경.

UUTG 프로젝트가 오랫동안 잊혀진 프로젝트를 부활시키고 개선했습니다. 기술 솔루션디젤 발전기의 열을 재활용하는 것을 목표로 합니다.

UUTG에는 순환수와 소비수의 독립적인 회로 2개가 있는 접촉식 및 판형 열교환기가 포함되어 있습니다.

UTG의 설계와 작동은 그림에 표시된 다이어그램과 해당 위치에 대한 설명을 통해 명확해집니다.

접촉식 열 교환기에서 DG와 분사된 순환수는 수직 역류로 이동합니다. 즉, DG와 물이 서로 직접 접촉합니다. 순환수의 균일한 분사를 유지하기 위해 노즐과 특수 세라믹 노즐을 사용합니다.

독립적인 펌프에 의해 물 회로로 펌핑되는 가열된 순환수는 접촉 열교환기에서 얻은 열을 판형 열교환기의 공급수로 전달합니다.

순환수의 필요한 냉각을 위해서는 냉수만 사용해야 합니다. 수도물, UTG에서 가열한 후 기존 보일러실의 보일러에서 필요한 온도에 도달한 다음 주택에 온수를 공급하는 데 사용됩니다.

접촉식 열 교환기에서 냉각된 디젤 발전기는 액적 제거기를 추가로 통과하고 궁극적으로 수증기 응축물의 형태로 수분의 70% 이상을 손실하여 뜨거운 디젤 발전기의 일부(10-20)에 연결됩니다. 보일러를 떠나는 디젤 발전기의 부피 %), 보일러에서 굴뚝으로 직접 전달되어 수분 함량이 낮고 남은 수증기가 응축되지 않고 굴뚝을 통과하기에 충분한 온도를 갖는 디젤 발전기의 혼합물을 형성합니다. .

디젤 발전기에 존재하는 수증기의 응축으로 인해 순환수의 양은 지속적으로 증가합니다. 생성된 초과분은 전기 기계식 구동 장치가 있는 밸브를 통해 자동으로 배수되며 준비 시 추가 물로 사용할 수 있습니다. 난방 시스템보일러실 특정 소비회수열 1Gcal당 배수되는 물은 약 1.2톤입니다. 응축수의 배수는 레벨미터 B와 H에 의해 제어됩니다.

설명된 디젤 발전기의 열 회수 방법 및 장비는 최대 온도가 무제한인 먼지 없는 연료 연소 제품을 사용할 수 있습니다. 이 경우, 배가스의 온도가 높을수록 공급되는 물의 온도도 높아집니다. 또한, 이 경우 난방수 가열을 위해 재활용된 물을 부분적으로 사용할 수도 있습니다. 접촉식 열교환기가 습식 집진기 역할을 동시에 수행한다는 점을 고려하면, 순환수를 판형 열교환기에 공급하기 전에 공지된 방법을 사용하여 먼지로부터 순환수를 정화함으로써 먼지가 많은 디젤 발전기의 열을 실질적으로 활용하는 것이 가능합니다. 오염된 재활용수 중화 가능 화학물질. 따라서 설명된 UTG는 참여한 DG와 협력하는 데 사용될 수 있습니다. 기술 프로세스용융 중(예: 노로, 유리 용광로), 소성 중(예: 벽돌, 세라믹), 가열 중(압연 전 잉곳) 등

불행하게도 러시아에는 에너지 절약을 장려하는 인센티브가 없습니다.