Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Промышленные электростанции

Установки для использования тепла отходящих газов, отходов - Промышленные электростанции

Оглавление
Промышленные электростанции
Характеристика энергетического хозяйства
Характеристика топливно-энергетического баланса
Энергетический КПД промышленного производства
Вторичные энергетические ресурсы
Характеристика потребителей электроэнергии
Характеристика потребителей тепла
Характеристика систем энергоснабжения
Выбор системы энергоснабжения
Энергетическое использование вторичных энергетических ресурсов
Установки для использования вторичных энергетических ресурсов
Установки для использования тепла отходящих газов, отходов
Энергетические ресурсы и топливный баланс
Выбор вида топлива
Классификация и характеристика электростанций
Паротурбинные электростанции
Применение газотурбинных электростанций
Применение парогазовых электростанций
Регенеративные подогреватели
Электрическая и тепловая мощность электростанции
Выбор типа паровых турбин
Обескремнивание и обессоливание воды
Назначение тепловой схемы электростанции
Тепловые схемы паротурбинных и парогазовых электростанций
Методика расчета тепловой схемы паротурбинной электростанции
Системы связи оборудования
Питательные установки паротурбинных электростанций
Расположение электростанции
Компоновка главного здания электростанций
Заключение

Установки для использования тепла отходящих газов, технологической продукции и отходов производства

В этих установках в качестве теплоносителя для теплоснабжения и выработки электроэнергии применяются подогретая вода, пар и горячий воздух.
Получение указанных теплоносителей осуществляется непосредственно за счет тех или иных вторичных энергоресурсов или с помощью промежуточного агента — воздуха, продуктов горения, высококипящих смесей.
а)  Водяные и паровые установки
Установки для получения горячей воды наиболее часто применяются для использования тепла низкотемпературных (300—400° С) отходящих газов технологических и котельных агрегатов.
Подогрев воды до 90—95° С осуществляется в теплофикационных стальных трубчатых или чугунных экономайзерах, которые включаются по закрытой или открытой схеме. Для предотвращения коррозии стального экономайзера при глубоком охлаждении газов (до 110— 130° С) вода деаэрируется и температура ее на входе в экономайзер поддерживается выше точки росы (65— 70° С) за счет рециркуляции части подогретой воды. При отходящих газах, не загрязненных сернистыми соединениями и частицами уноса, применяют также контактные теплообменники, в которых отходящие газы охлаждаются до 80—100° С.
Сезонный характер потребления тепла горячей воды на теплофикацию ограничивает применение установок для получения горячей воды, которые обычно имеют малую тепловую мощность и не оказывают существенного влияния на общую систему энергоснабжения предприятий.
Большая потребность в паре на промышленных предприятиях, которая составляет 75—80% общего теплопотребления, возможность его универсального использования для теплофикации и в течение всего года для теплоснабжения производственных потребителей и выработки электроэнергии определили преимущественное применение паровых установок. Схемы таких установок показаны на рис. 4-6 и 4-7.
Схема установки для комбинированной выработки электроэнергии и тепла за счет вторичных энергоресурсов
Рис. 4-6. Схема установки для комбинированной выработки электроэнергии и тепла за счет вторичных энергоресурсов с индивидуальными котлами. Обозначения см. рис. 4-7.
Основным специфическим элементом паросиловых установок, использующих вторичные энергетические ресурсы, является специальный бестолочный котел; для производства электроэнергии применяются серийные турбины.
Обогрев котлов производится отходящими газами технологических агрегатов, жидкими продуктами производства, используемыми в качестве промежуточных теплоносителей и нагретыми до высокой температуры продуктами горения и воздухом, а также высокотемпературными смесями. В ряде случаев в качестве поверхности нагрева котла используются охлаждаемые элементы рабочей камеры печей с преимущественно радиационным или конвективным обогревом за счет тепла газов и технологической продукции.
Важнейшим параметром, определяющим принципиальную схему и характеристику наиболее распространенного бестолочного котла, предназначенного для использования тепла отходящих газов технологическим агрегатом, является начальная температура греющих газов.
Схема установки для комбинированной выработки электроэнергии и тепла за счет вторичных энергоресурсов
Рис. 4-7. Схема установки для комбинированной выработки электроэнергии и тепла за счет вторичных энергоресурсов с групповыми котлами.
1 — технологический агрегат; 2 — испарительная поверхность нагрева; 3 — циркуляционный насос; 4 — водяной экономайзер;
5 — центральный пароперегреватель; 6—барабан котла; 7 — котел ТЭЦ; 8 — турбина; 9 — потребители пара; 10 — конденсатор; 11 — циркуляционный насос; 12 — конденсатный насос; 13 — эжекторный подогреватель; 14 — подогреватель низкого давления; 15 — деаэратор; 16 — питательный насос; 17 — подогреватель высокого давления; 18 — бак конденсата; 19 — насос; 20 — РОУ; 21 — химически очищенная вода; 22 — дымосос; 23 — дымовая труба; 24 — насос; 25 — пароперегреватель; 26 — охлаждаемые элементы агрегата.

По величине этого параметра котлы разделяются на две группы: котлы низкотемпературного включения с начальной температурой греющих газов 450—900° С и высокотемпературные котлы с начальной температурой греющих газов 1 200—1 300° С и выше.
Деление котлов на две группы с границей между ними в области температур 900—1 200° С определяется изменением условий теплоотдачи переходящий от преобладающей конвективном к радиационной.
Котлы низкотемпературного включения в настоящее время имеют наибольшее значение и устанавливаются за печами, имеющими керамические регенераторы или рекуператоры. Такие котлы устанавливаются для использования тепла отходящих газов мартеновских, нагревательных и стекловаренных печей, обжиговых печей с кипящим слоем, газогенераторных и нефтеперегонных установок, а также для использования физического тепла технологической продукции, например при сухом тушении кокса.
Высокотемпературные котлы устанавливаются для использования тепла отходящих газов печей, не имеющих устройств для подогрева воздуха: отражательных печей, конвертеров для получения стали, никеля и меди и др. К высокотемпературным котлам следует также отнести системы испарительного, охлаждения, в которых поверхностями нагрева являются охлаждаемые элементы, расположенные в рабочей камере печи, а также котлы с дожиганием отходящих горючих газов, в результате которого повышается их температура. В дальнейшем с развитием новых решений в области обжиговых и плавильных процессов, в частности циклонных установок энерготехнологического назначения, применение высокотемпературных бестолочных котлов будет увеличиваться.
В котлах низкотемпературного включения тепловосприятие определяется условиями конвективной теплоотдачи, а их загрязнение — наличием в газах твердых мелкодисперсных твердых частиц уноса. Интенсификация теплообмена в этих котлах возможна путем повышения скорости греющих газов и уменьшения диаметра обогреваемых труб.
Однако повышение скорости газов ограничивается значительным увеличением газового сопротивления котла; коэффициент теплоотдачи ак увеличивается пропорционально скорости газов в степени 0,6—0,8, а сопротивление растет пропорционально ее квадрату.   

Особенно существенно сказывается увеличение газового сопротивления у котлов низкотемпературного включения, у которых объем газов на единицу паропроизводительности в 5—7 раз больше, а расход электроэнергии на тягу почти на порядок выше, чем у котлов, работающих на свежем топливе.
Уменьшение диаметра труб повышает коэффициент теплоотдачи обратно пропорционально диаметру в степени 0,6—0,64 для поперечно омываемых пучков труб. При этом газовое сопротивление системы снижается пропорционально росту коэффициента теплоотдачи. Ряд выполненных работ показывает, что для котлов низкотемпературного включения наиболее целесообразны применение труб малого диаметра (20—30 мм) и поперечное омывание их при скорости газов, приведенной к нулевой температуре: 2—3 м/сек.
В испарительных поверхностях нагрева котла применение труб малого диаметра предопределяет необходимость принудительного движения пароводяной смеси, которое может быть реализовано в котлах с многократно-принудительной циркуляцией и прямоточных сепараторных. Опыт проектирования и эксплуатации показывает, что котлы с многократно-принудительной циркуляцией имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с прямоточно-сепараторными: котлы с м. п. ц. надежно работают при питании химически очищенной водой с солесодержанием до 800 мг/л при продувке <5%, прямоточно-сепараторные котлы допускают питание водой с солесодержанием меньше 150 мг/л при продувке 25% и требуют применения частых водных и кислотных промывок (через 1—3 года) испарительной системы; по потреблению электроэнергии котлы обоих типов почти равноценны, так как дополнительный расход электроэнергии на циркуляционные насосы котлов с многократно-принудительной циркуляцией компенсируется большим сопротивлением прямоточной испарительной системы (12—13 ата при давлении пара 40 ата). По расходу металла и трудоемкости изготовления прямоточно-сепараторные котлы также не имеют преимуществ, так как вследствие большой величины продувки требуются увеличение поверхности нагрева и наличие дополнительного оборудования — сепараторов, расширителя непрерывной продувки, баков и насосов для кислотной промывки, растопочных баков и пр.
Преимущества котлов с многократно-принудительной циркуляцией определили широкое применение их для использования тепла низкотемпературных отходящих газов различных технологических агрегатов. Совершенствование испарительных поверхностей нагрева таких котлов направлено к уменьшению их гидравлического сопротивления путем снижения кратности циркуляции с обычно принятых значений 7—8 до 3—4 и разделения поверхности нагрева на две-три параллельно включенные по воде секции. В результате сопротивление испарительной системы снижается в 6—8 раз при одновременном повышении коэффициента шайбования до 2,5—3, что обеспечивает большую равномерность распределения воды по параллельно включенным змеевикам.
Значительное уменьшение удельных затрат металла и стоимости котла может дать увеличение его единичной мощности, так как затраты металла, не зависящие от его производительности (барабан, циркуляционные насосы, арматура и гарнитура) составляют больше 30-40% общих.
Поэтому для использования вторичных энергетических ресурсов от ряда технологических агрегатов с небольшим расходом топлива целесообразно применение групповой схемы включения испарительных поверхностей нагрева, присоединяемых по воде и пару к общему барабану и циркуляционным насосам.
Схемы индивидуального и группового котлов с многократно-принудительной циркуляцией показаны на рис. 4-8 и 4-9.
В индивидуальных котлах первым по ходу газов устанавливается пароперегреватель, в котором достигается сравнительно небольшое охлаждение газов. Это положение, являющееся следствием малой относительной выработки пара на единицу греющего газа (отношения, дает возможность достижения высокого перегрева пара при малых значениях начального температурного напора в пароперегревателе.
Например, перегрев пара до 450° С может быть осуществлен при начальной температуре газов ~550°С, и при этом поверхность нагрева пароперегревателя будет не более 35—40% испарительной.
Последним теплоиспользующим элементом является водяной экономайзер, в котором вода нагревается до температуры насыщения при данном давлении в котле, чем и определяется развитие его экономайзерного участка.

Схема котла низкотемпературного включения
Рис. 4-8. Схема котла низкотемпературного включения.
1 — испарительная поверхность нагрева, первая секция; 2 — испарительная поверхность, вторая секция; 3 — испарительная поверхность, третья секция; 4 — экономайзерная поверхность, первая секция; 5 — экономайзерная поверхность, вторая секция; 6 — пароперегреватель; 7 — барабан котла; 8 — циркуляционный насос; 9 — шламоуловитель.

Охлаждение газов экономайзером незначительно, поскольку оно также определяется малой величиной, которая находится в обратной зависимости от начальной температуры газов и резко снижается при ее уменьшении. Например, при начальной температуре газов 500° С отношение  0,12 и при подогреве воды в экономайзере на 100— 150° С соответствующее охлаждение газов не  превысит 12—18° С.
Это положение, определяющее малое снижение эффективности установки при отсутствии экономайзера, дает возможность в ряде случаев отказаться от его применения, что наиболее оправдано в групповых котлах.
Схема группового котла
Рис. 4-9. Схема группового котла.
1 — технологический агрегат; 2— испарительная поверхность; 3 — барабан котла; 4 — циркуляционный насос; 5 — шламоуловитель; 6 — деаэратор; 7 — питательный насос; 8 — центральный пароперегреватель; 9 — воздушный подогреватель пароперегревателя; 10 — дымосос.

В групповых котлах для уменьшения протяженности трубопроводов ограничиваются обычно установкой только испарительных поверхностей нагрева, организуя перегрев пара в центральном пароперегревателе с самостоятельным отоплением.
В высокотемпературных котлах используется преимущественно радиационная теплоотдача от газа к стенке, что, помимо стремления уменьшить затраты металла, определяется необходимостью обеспечить грануляцию жидкого шлакового уноса до поступления газов в конвективные поверхности нагрева. Соответственно рациональная конструкция установки характеризуется следующей схемой организации теплоиспользования. Первой по ходу газов располагается экранированная камера, в которой производится охлаждение газов до температуры, обеспечивающей грануляцию уноса (800— 900°С). Развитие экранных поверхностей нагрева определяет целесообразность организации естественной циркуляции в котле, которая обеспечивается высокими тепловыми нагрузками и применением труб относительно большого диаметра (50—60 мм). После радиационной камеры располагается пароперегреватель, защищенный от нее фестоном. Последним элементом установки является воздухоподогреватель, в котором воздух, идущий на горение топлива в технологическом агрегате, подогревается обычно до 350—400° С. Наличие воздухоподогревателя определяет возможность охлаждения газов до 200—250° С; более низкая температура, уходящих газов в ряде случаев исключается вследствие наличия в них агрессивных соединений, в частности сернистых. При наличии глубокого радиационного охлаждения газов в сочетании с повышенной температурой нагрева воздуха система котла ограничивается экранами и перегревателем. Установка водяного экономайзера оказывается обычно невозможной по балансу тепла. На рис. 4-10 показана схема высокотемпературного котла применительно к установке за отражательной печью. В целях устранения шлакования газохода котел устанавливается непосредственно за печью, а перед ним организуется сепарация частиц жидкого шлака из газов в сепараторе, использующем инерционное улавливание частиц и диффузионное осаждение их на пленке жидкого шлака. Высокотемпературные котлы энерготехнологических установок дополняются системой охлаждения рабочей камеры печи, включенной в общий контур циркуляции. Особую группу высокотемпературных котлов составляют системы «испарительного охлаждения», в которых поверхностью нагрева являются охлаждаемые элементы, находящиеся в рабочей камере печи. В имеющихся системах испарительного охлаждения применяется естественная циркуляция. Обычно давление вырабатываемого пара 3—4 ата; имеются установки с давлением пара 8 ата. Испарительное охлаждение обеспечивает надежность работы охлаждаемых элементов, большую, чем при водяном охлаждении, при которой имеет место отложение значительного количества накипи в элементах и вследствие этого их пережог.
Схема котла высокотемпературного включения
Рис. 4-10. Схема котла высокотемпературного включения.
1 — отражательная печь; 2 — шлакосепаратор; 3 — радиационный котел; 4 — пароперегреватель; 5 — воздушный подогреватель; 6 — дымосос; 7— окно обходного борова; 8 — обходной боров; 9 — дымовая труба.

Тепловая нагрузка охлаждаемых элементов методических печей составляет 20—40 тыс. ккал/м2-ч, мартеновских — 10—80 тыс. ккал/м2-ч и достигает 180— 730 тыс. ккал/м2-ч для неизолированных металлических поверхностей, что в несколько раз превышает тепловую нагрузку топочных экранов. Важнейшей особенностью систем испарительного охлаждения является горизонтальное расположение тепловоспринимающих элементов и отсутствие обогрева подъемных труб. Этим обусловливается неустойчивая циркуляция в системе и объясняются наблюдаемые явления пульсации и  ударов в периоды снижения тепловой нагрузки печи, а также перегрев металла элементов. Значительно лучше условия для естественной циркуляции в шахтных печах с вертикальными элементами. Для надежной работы системы испарительного охлаждения с естественной циркуляцией необходимо, чтобы
где А—„стойкость охлаждения";
t— недогрев воды в элементе до кипения, °С;
k — кратность циркуляции;
п — удельный вес пара при данном давлении, кг/м3;
в — удельный вес воды при данном давлении, кг/м3.
Кратность циркуляции в элементах системы рекомендуется 15—40; большие значения принимаются для наиболее теплонагруженных элементов.
Скорость пароводяной смеси в горизонтальном элементе должна быть больше 3—4 м/сек во избежание расслоения потока.
Питательная вода для систем испарительного охлаждения, так же как для котла, должна быть химически очищена и деаэрирована.
Существенными недостатками систем испарительного охлаждения низкого давления с естественной циркуляцией являются: трудность использования насыщенного пара низкого давления на предприятии; усложнение печного агрегата, имеющего котел для использования тепла отходящих газов, дополнительным котлом низкого давления; недостаточная надежность естественной циркуляции в системе испарительного охлаждения при переменном режиме работы печи. Эти недостатки устраняются при объединении системы «испарительного охлаждения» с котлом для использования тепла отходящих газов в комплексную установку для выработки пара повышенных параметров и переходе на принудительную циркуляцию в системе охлаждаемых элементов. Схема установки показана на рис. 4-11.
Комплексные установки повышенного давления работают на Западе и осуществляются в настоящее время у нас для мартеновских печей. В этих установках охлаждаемые элементы выполняются из труб. Скорость воды на входе в элемент принимается 1.—1,5 м/сек. Кратность циркуляции в системе при максимальной тепловой нагрузке 8—10. Гидравлическое сопротивление элемента 0,2—0,5 ата. На случай аварийного выхода из строя одного из элементов системы предусматривается автоматическое переключение его на охлаждение водой.
Эффективность установки котла в значительной мере зависит от начальной температуры газов (воздуха).

Схема комплексной установки для использования тепла отходящих газов
Рис. 4-11. Схема комплексной установки для использования тепла отходящих газов и охлаждаемых элементов.

1 — мартеновская печь; 2 — кессон; 3 — рама завалочного окна; 4 — пятовая балка; 5 — котел; 6— барабан котла; 7 — экономайзер; 8 — испарительная поверхность; 9 — пароперегреватель; 10— шламоуловитель; 11 — циркуляционный насос с электроприводом; 12 — циркуляционный насос с паровым приводом.

Зависимость поверхности нагрева и веса котла
Рис. 4-12. Зависимость поверхности нагрева и веса котла на тонну паропроизводительности от начальной температуры дымовых газов.
Анализ влияния этого температурного параметра на поверхность нагрева котла с многократно-принудительной  циркуляцией при давлении насыщенного пара 40 ата дан на рис. 4-12 и показывает, что суммарный расход металла на тонну производительности при изменении начальной температуры газов в пределах 700—1 000°С меняется сравнительно незначительно, составляя суммарно 8—6 т/т-Ч, что в 1,5—2 раза выше аналогичных показателей для топочных котлов равной производительности. Дальнейшее снижение температуры газов вызывает интенсивный рост относительного веса котла, который при 500—600° С достигает 12—10 т/т-ч, а при 400° С 25 т/т-ч.
При снижении давления пара зависимость веса котла от начальной температуры качественно не меняется, только выражается менее резко.
Газовое сопротивление котла с уменьшением начальной температуры возрастает еще более резко, нежели затрата металла, примерно пропорционально квадрату
удельной величины поверхности нагреваТехнико-экономические расчеты показывают, что обычно минимальная начальная температура газов, при которой оправдывается использование их тепла для котлов с давлением пара 40 ата, находится в области 500— 600° G.
Температура уходящих газов за котлом, в котором последним теплоиспользующим элементом является водяной экономайзер, может быть выражена уравнением

единицу выработанного пара, является функцией начальной температуры газов и изменяется от 8—10 нм3/кг при температуре газов 500 — 450° С до 2 — 2,5 нм3/кг при 1 200 — 1 000° С. Для обычных котлов это отношение находится в пределах 1,5 нм3/кг.
Из сказанного следует, что температура уходящих газов связана с начальной температурой. Повышение давления пара и температуры питательной воды вызывает необходимость повышения температуры уходящих газов.
Оптимальная температура уходящих газов выявляется обычным технико-экономическим расчетом, в результате которого определяются суммарные эксплуатационные расходы и капитальные затраты на котельную установку при различных значениях температуры уходящих газов.
Температура уходящих газов, при которой приведенные эксплуатационные расходы приближаются к минимальным значениям, и будет наивыгоднейшей.
Для большинства установок оптимальная температура уходящих газов практически лежит в пределах 180—240° С. Для рационального использования вторичных энергетических ресурсов на предприятиях, имеющих ТЭЦ, как показано далее, преимущественно необходимы котлы с первой ступенью энергетических параметров пара, что соответствует с учетом потерь в паропроводах 40— 45 ата 450—470° С.
В котлах низкотемпературного включения для уменьшения поверхности нагрева пароперегревателя в ряде случаев целесообразно ограничить температуру пара на котле 350° С, предусматривая дополнительный перегрев его на ТЭЦ в центральном пароперегревателе с отоплением газом или мазутом.
Двухступенчатая система перегрева пара дает возможность обеспечить постоянную температуру, его вне зависимости от режима работы технологических агрегатов. В целях возможности применения таких котлов на предприятиях, имеющих турбины низкого давления, следует предусмотреть возможность работы их на пониженных параметрах пара: 18 ата, 350° С. Для предприятий с малым выходом (вторичных энергетических ресурсов при использовании их для теплоснабжения необходимы котлы низкого давления (14 ата, 250—300° С) и малой паропроизводительности. Котлы высокого давления устанавливаются только в отдельных единичных случаях.
Расчеты показывают, что нижний предел целесообразного использования вторичных энергетических ресурсов для выработки пара определяется суммарным пропуском через  котел 10 тыс. нм3/ч газа.

Наибольший выход вторичных энергетических ресурсов от одного технологического агрегата обычно не превышает паропроизводительности котла, определяемой пропускам через  него 100—120 тыс. нм3/ч газа.
Указанные выше положения, а также необходимость унификации производства оборудования определяют примерные характеристики котлов, необходимых для использования вторичных энергетических ресурсов на большинстве предприятий, которые приведены в  табл. 4-2.
Таблица 4-2

Котлы низкого давления (14 ата) при этом предусматриваются на производительность по пропуску газов <20 тыс. нм3/ч газа.
Для технологических агрегатов с малым расходом топлива предусматривается применение групповых котлов с включением на один барабан четырех — шести параллельных испарительных поверхностей. Увеличение единичной мощности позволяет существенно снизить капитальные затраты и эксплуатационные расходы на установку. Следует сказать, что затраты на барабан, циркуляционные и питательные насосы, к. и. п., автоматику и здание почти не зависят от паропроизводительности установки и
составляют 50—60 % общих. При большой единичной производительности технологических агрегатов преимущества установки групповых котлов уменьшаются вследствие трудности размещения испарительных поверхностей нагрева непосредственно за агрегатами и объединения систем испарительного охлаждения с котлом, а также удорожания трубопроводов. При 10 тыс. нм3/ч газа и более предусматривается установка индивидуальных котлов.

Тип и конструкция котла
Наименование
величин

Водотрубный с многократно-принудительной циркуляцией

Газотрубный с естественной циркуляцией КУ-40

Водотрубный с естественной циркуляцией

К У-50

КУ-60

КУ-80

КУ-60у

КУ-80у

КУ-100у

КУ-120

УСТК

УКЦМ
6/14

УКЦМ
15/40

50-39-у

Параметры пара:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

давление, ата  

18

18

18

45

45

45

45

41

9

14

40

40

температура перегрева, °С  

375

375

375

375

375

375

375  

450

250

450

450

Пропуск газов, тыс. нм3\ч

50

60

80

60

80

100

120

62,6

40

17

37

110

Поверхность нагрева, м2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пароперегревателя  

62

71,6

84,2

99

135

182

 

147

17,2

260

469

испарительная  

511

528,6

778

504

702

915

 

1 099

485

48+163

152+260

315-4-62

экономайзера  

155

144,5

216

247

370.

524

 

373

350

1 298

воздухо-
подогревателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

425

Не нор-
мали-
зовано

5 740

Диаметр труб поверхностей нагрева, мм  

32/38

32/38

32/38

32/38

32/38

32/38

32/38

32/38

 

60/66

42/48 . 60/66

 

Вес элементов котла под давлением, т  .

27

25

36,5

41,3

59,3

65,5

 

24,5

21

55,7

 

Общий вес котла, т  

41

50

70

75,2

93

115,3

 

61

61

134,3

 

Примечание. Температура газов перед котлами с многократно-принудительной циркуляцией —до 1 000° С, перед котлами с естественной циркуляцией — более 1 100° С.

Котлы высокотемпературного включения устанавливаются индивидуально.
В табл. 4-3 приведены основные конструктивные данные по котлам, выпускаемым в последние годы.
б)  Газотурбинные установки
Физическое тепло и избыточное давление отходящих газов технологических агрегатов могут быть использованы также в газотурбинных установках.
Схема газотурбинной установки для использования тепла отходящих газов
Рис. 4-13. Схема газотурбинной установки для использования тепла отходящих газов.
1 — технологический агрегат; 2 — поверхность нагрева воздушного котла; 3 — газовая турбина; 4 — компрессор; 5 — подогреватель воздуха; 6 — вентилятор; 7 — фильтр воздуха.
На рис. 4-13 показана схема встроенной воздушно-турбинной установки, предназначенной для использования физического тепла отходящих газов печей.
Воздух сжимается в компрессоре и направляется в воздушный котел, где он нагревается отходящими газами.
Из котла воздух поступает в турбину, после которой часть его подается в печи для сжигания топлива непосредственно или после дополнительного подогрева в рекуператоре.

Другая часть отработавшего воздуха сбрасывается в атмосферу либо тепло этого воздуха предварительно используется для подогрева воды, направляемой на отопление и вентиляцию. Проектные показатели, характеризующие такую встроенную воздушно-турбинную установку, предусматривающие применение выпускаемых газовых турбин  ТГ-700-4, приведены в табл. 4-4.
Таблица 4-4

Данные табл. 4-4 показывают, что тепловая экономичность встроенных воздушно-турбинных установок невелика: nэ~15:16%. Повышение эффективного к. п. д. газотурбинных установок при достигнутых высоких относительных к. п. д. турбины и компрессора
nт = 0,86:0,87 и nк = = 0,84:0,86 в основном возможно за счет увеличения начальной температуры газов перед турбиной или, точнее, отношения начальной температуры газов к температуре атмосферного воздухаи соответственно увеличения связанного с ней давления сжатого воздуха — степени сжатия.
В современных крупных газотурбинных установках температура газов
принимается 800°С и при наличии развитой регенерации эффективный к. п. д. достигает т)э=34%. В перспективе возможно дальнейшее повышение температуры газов перед турбиной за счет применения охлаждения лопаток и, следовательно, эффективного к. п. д. установки.
В встроенных воздушно-турбинных установках температура воздуха перед турбиной 670°С практически является предельно возможной. Температура металла
воздушного котла по условиям теплообмена всегда на 75—100° С выше температуры воздуха перед турбиной и, следовательно, приближается к 800°С—максимальной по условиям прочности металла, работающего под давлением. Существенное повышение температуры воздуха перед турбиной, даже в перспективе, исключается, так как охлаждение элементов котла невозможно. Таким образом, эффективный к. п. д. встроенной воздушно-турбинной установки без учета регенерации не превышает 119=16%. Регенерация тепла отработавшего воздуха и использование его для сжигания топлива в печах существенно повышают эффективность установки, но возможна только частично и ограничена большим отношением объема воздуха, проходящего через турбину, к объему отходящих газов. Чем выше температура отходящих газов тем больше это отношение; например, при tо.г=1400°Си, следовательно, относительно меньше возможная регенерация тепла отработавшего воздуха. Практически использование отработавшего воздуха в печах, за которыми устанавливаются встроенные воздушные турбины, составляет 40—60 % количества его, поступающего в турбину. В этих условиях эффективный к. п. д. установки, отнесенный к затраченному теплу подогретого воздуха, составляет максимально nэ = 18-:-23%, причем выработка электроэнергии от доли регенерированного тепла отработавшего воздуха не зависит.
В предельном случае при полном использовании тепла отработавшего воздуха эффективный к. п. д. воздушно-турбинной установки nэ=34 %.
В случае использования тепла отходящих газов в паротурбинной установке с начальными параметрами пара 35 ата, 435° С при одинаковых условиях по температуре и количеству используемого тепла отходящих газов при конденсационном режиме эффективный к. п. д. установки и удельный расход тепла, отнесенные к теплу, переданному пару, составляют: nэ~28% и q=3 000 ккал/кВт • ч.
При турбине с противодавлением 3 ата и использовании отработавшего пара nэ~86% и q=1000 ккал/кВт•ч. Выработка электроэнергии в этом случае с учетом

регенерации части тепла отходящих газов с подогретым воздухом в печи будет примерно  на 20% ниже, чем при воздушно-турбинной установке.
Приведенные данные показывают, что эффективность воздушно-турбинных установок значительно ниже, чем паротурбинных, что объясняется в основном большим расходом энергии на компрессор, который
составляет 60—70% общей ее выработки турбиной.
Схема установки для использования повышенного давления доменного газа
Рис. 4-14. Схема установки для использования повышенного давления доменного газа.
1 — газовая бескомпрессорная турбина; 2 — генератор; 3 — пусковой двигатель; 4 — газоподогреватель; 5 — газовый котел; 6 — газоподогреватель котла; 7 — воздухоподогреватель; 8 — вентилятор.
Предлагаемые для использования тепла отходящих газов газотурбинные установки с вакуумными турбокомпрессорами дают возможность исключить воздушный котел, но, как показывают проектные проработки, еще менее эффективны, чем рассмотренная выше, вследствие большей затраты энергии на компрессор, отсасывающий от турбины отработавшие газы, имеющие повышенную температуру и соответственно объем.
Получающиеся при ряде производственных процессов газы имеют давление больше необходимого для транспорта и дальнейшего использования. В связи с этим возникает необходимость энергетического использования избыточного давления газа. Схема установки для выработки электроэнергии за счет избыточного давления доменного газа показана на рис. 4-14.
Доменный газ после газоочистки давлением 2,5— 3,5 ата при температуре 30—40° С поступает в котел, где он подогревается до 450—500° С и затем подается в газовую бескомпрессорную турбину. В газовой турбине за счет срабатываемого давления газа, до 1,6— 1,8 ата, и тепла его вырабатывается электроэнергия. Подогрев очищенного газа осуществляется сначала в газоподогревателе отработавшим в турбине газом, а затем в котле, обогреваемом продуктами сгорания части сжигаемого в топке котла доменного газа. За котлом установлены газо- и воздухоподогреватель для подогрева компонентов горения.
Выработка электроэнергии при указанных параметрах газа может составить 0,04 кВт-ч/нм3 газа, а удельный расход тепла — 1 600 ккал/кВт - ч. Установка упрощается при замене котла смешивающим подогревателем, в котором к доменному газу подмешиваются его продукты сгорания. Балластирование доменного газа при той же удельной выработке электроэнергии снижает Q"  с 890 до 780—790 ккал/нм3, т. е. более чем на 10%. Значительно более простой и эффективной установка получается при переходе на сухую очистку доменного газа, который в этом случае при температуре 250—320° С непосредственно может быть направлен в газовую турбину, где за счет его расширения без дополнительного расхода тепла топлива может быть получено 0,03 кВт-ч/нмд. Надо отметить следующие особенности газотурбинных установок, которые значительно сужают возможную область их применения.
Высокие температуры необходимого подогрева воздуха или газа соответственно 650—700 и 450—500° С и давления 5—6 или 2,5—3,5 ата определяют сложную и дорогую конструкцию котла. Затраты металла на поверхности нагрева такого котла более чем в 2 раза превышают необходимые для парового котла при одинаковых начальных и конечных температурах греющего газа. Увеличенные затраты металла вызываются снижением температурного напора за счет высоких температур рабочего теплоносителя, а также уменьшением коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху или газу по сравнению с его значением при теплоотдаче к воде.
Значительная часть котла, металл которого работает при температуре больше 450° С, должна быть выполнена из легированных сталей. Газовые турбины должны устанавливаться вблизи котлов. Транспорт подогретого воздуха или газа на значительное расстояние от котла до газовой турбины нецелесообразен вследствие большой стоимости газопроводов и потерь в них. Индивидуальная установка газовых турбин вызовет сооружение на предприятии нескольких электростанций малой мощности и увеличенные капитальные затраты на установку для использования вторичных энергетических ресурсов. Кроме того, газотурбинные установки не обеспечивают комплексного использования тепла отходящих газов и охлаждаемых элементов печей.



 
« Прокладка силовых кабельных линий   Пусконаладочные работы при монтаже электроустановок »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.