10228

20

то время как современные газовые турбины, как правило, уже содержат все элементы для их работы внутри одного корпуса. Газотурбинная установка (рис. 9) условно делится на три области: область компрессора, в которой происходит забор и сжатие воздуха; камера сгорания, в которую подается сжатый воздух и топливо, и впоследствии осуществляется сжигание газо-воздушной смеси; турбина, где тепловая энергия дымовых газов (температура достигает 1500ºС) преобразуется в механическую работу на лопатках соединенных с валом. Как и в паровой турбине, вращательное движение ротора турбины передается на вал электрогенератора.

Рис. 9. Общий вид стационарной газовой турбины На выходе из паровой или газовой турбины рабочее тепло может содержать

достаточно высокие параметры для возможности дальнейшего применения. Таким образом, появляются перспективы для использования отработанного рабочего тела в качестве вторичного энергетического ресурса.

Хорошим примером будет газопаровая установка (рис. 10), где после газотурбинной установки дымовые газы направляются в котел-утилизатор.

21

Рис. 10. Схема газопаровой установки.

Котел-утилизатор представляет собой теплообменник, в котором теплота уходящих газов используется для получения (в данном случае) пара.

Рис. 11. Котел-утилизатор, установленный на ТЭЦ.

22

Рис. 12. Котел-утилизатор. Общий вид.

Особенностью котла-утилизатора является отсутствие топочной камеры – продукты сгорания органического топлива поступают непосредственно в котел.

После котла-утилизатора пар поступает в паровую турбину, далее в конденсатор, где отработанный пар конденсируется и, с помощью циркуляционного насоса, возвращается в котел-утилизатор для повторения цикла.

Помимо котла-утилизатора для использования высокотемпературных ВЭР широкое распространение получили рекуператоры и регенераторы.

В рекуператоре (рис. 13) теплота уходящих газов передается воздуху через поверхности пластин, отделяющих течение уходящих газов от течения воздуха. В рекуператоре процесс теплообмена между дымовыми газами и воздухом происходит непрерывно. С одной стороны это положительный момент, поскольку в рекуператоре отсутствуют сложные конструктивные элементы, требующие дополнительного обслуживания. С другой стороны, невозможно добиться такой же эффективности использования теплоты дымовых газов как в регенераторе.

24

теплоты, чем рекуператор, но из-за сложности конструкции (рис. 14) по сравнению с рекуператором, имеет более высокую стоимость и стоимость обслуживания.

Рис. 15. Монтаж ротора регенератора.

В качестве насадок могут быть использованы: диски из алюминиевой гофрированной ленты; пакет пластин; различные виды кирпичных насадок; насадки из керамических колец и т.д. Среди керамических колец наибольшее распространение получили кольца Рашига, в качестве альтернативы можно рассмотреть кольца Палля.

Рис. 16. Керамические кольца: слева – кольца Рашига, справа – кольца Палля.

Процесс теплообмена в регенераторе происходит посредством прямого контакта уходящих газов и продуктов сгорания (и греющая и нагреваемая среда омывают насадки, передавая им свою теплоту) – такой способ передачи теплоты называется контактным. В рекуператоре теплота от уходящих газов к воздуху осуществляется через стенку (поверхность) отделяющих среды пластин – такой способ передачи теплоты называют поверхностным.

Если рассматривать паровую котельную малой производительности, то самым часто встречающимся теплообменником будет экономайзер ВТИ чугунно-ребристый (хвостовая поверхность нагрева), который используется для подогрева питательной воды и охлаждения уходящих газов.

25

Рис. 17. Общий вид котла ДКВр-6,5-13ГМ и схема газового тракта с экономайзером.

26

Рис. 18. Принцип работы экономайзера.

В качестве альтернативы экономайзеру, или в дополнение к нему можно рассмотреть другой поверхностный теплообменник – конденсационный теплообменник на базе секций калориферов КСк Костромского калориферного завода (рис. 19).

Рис. 19. План и разрез конденсационного теплообменника. Биметаллическая секция КСк.

В теплообменнике используются только биметаллические секции, чтобы повысить сопротивление коррозии от выделяющейся при конденсации угольной кислоты. Как следует из названия, в данных теплообменниках есть возможность понизить температуру

27

уходящих газов ниже температуры точки росы (для уходящих газов температура точки росы находится в диапазоне от 55-65ºС), т.е. вызвать конденсацию водяных паров в уходящих газах, высвободив скрытую теплоту парообразования. Однако, чтобы конденсация происходила только в теплообменнике, а не в боровах (газоходах) или дымовой трубе, рекомендуется устанавливать обводную линию (байпас) и часть дымовых газов пропускать через нее, чтобы суммарная температура двух потоков уходящих газов была не ниже 70ºС. Конденсационные теплообменники могут устанавливаться и за водогрейными котлами (рис. 20).

Рис. 20. Схема подключения теплообменника к водогрейным котлам КВГМ-20-150 Ввиду конструктивных особенностей секций КСк и их коррозионной стойкости

рекомендуется использовать данные теплообменники только за котлами, работающими на природном газе.

В качестве контактных теплообменников, которые также могут применяться в котельных, рассмотрим насадочный контактный утилизатор (рис. 21).

28

Рис. 21. Контактный насадочный утилизатор. 1 – влагоуловитель; 2 – рабочий слой насадки из керамических колец; 3 – газоотводящие трубы; 4 – каскадный дегазатор; 5 – переливная труба с гидравлическим затвором; 6 – корпус экономайзера.

Холодная вода через водораспределитель равномерно распространяется по сечению контактной камеры. В качестве насадки в этом теплообменнике используются керамические кольца Рашига, которые были описаны выше. Стекая по кольцам в виде тонкой пленки, вода подогревается восходящим потоком продуктов сгорания и затем собирается в нижней части экономайзера. Для предотвращения выноса капель из контактной камеры, охлажденные уходящие газы проходят нерабочий слой колец, который служит влагоуловителем.

Контактный утилизатор обладает достаточно большими габаритами, однако, в отличие от конденсационного, он может быть установлен вместо хвостовой поверхности нагрева. Насадочные утилизаторы проходили испытания не только в котельных, но и в цехах, где температура уходящих газов от печей достигала 550 ºС и выше.

Насадка контактного экономайзера высотой 0,84 м (такой высота получается для теплоутилизатора, который нагревает воду до 65 ºС) создает аэродинамическое сопротивление 21 мм вод. ст., т.е. даже если первоначальное сопротивление дымососа составляет 50 мм вод. ст., 10 % запаса мощности будет недостаточно для преодоления аэродинамического сопротивления, следовательно необходимо произвести переподбор дымососа, в то время как конденсационный теплообменник (в большинстве случаев) создает меньшее аэродинамическое сопротивление и не требует переподбора дымососа.

Отдельным вопросом остается качество воды, полученное при непосредственном соприкосновении с продуктами сгорания природного газа, состоящими при полном