Котел утилизатор: принцип работы простой и эффективный

Вопрос охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов всегда был и будет актуальным. На промышленных предприятиях коэффициент использования органического топлива на уровне 40%, а остальные газы выбрасываются в воздух. Часто температура отходящих газов достигает больше 1000°С.

E-система котла-утилизатора.

Использование котлов-утилизаторов решает вопрос переработки отходов и получение дополнительной теплоты за счет использования энергия отходящих газов.

Особенности работы котлов-утилизаторов
Котел-утилизатор не имеет собственной топки, принцип его работы простой и эффективный, он основан на использовании теплоты, что выделяется во время технологических промышленных процессов при работе различных агрегатов или энергетических установок.

Если во время работы в составе отходящих газов есть не только физическая, но и химическая теплота (горючие составляющие), то их целесообразно сжечь. Котлы-утилизаторы имеют следующий принцип работы: они генерируют энергию в виде нагретой воды, пара или воздушного потока, она может быть использована во время работы другого оборудования для производства холода или тепла в когенерационных установках.

Одной из специфической особенностей работы промышленного оборудования является то, что в составе отходящих газов содержится много мелких частиц, которые пребывают в твердом, газообразном или жидком состоянии. Они образуются во время работы оборудования и являются частью окалины, металла, шлака, шихты. Во время процесса плавления металла, в составе отходящих газов появляется много жидких частиц. Все это получается из-за того, что печи работают при высоком температурном режиме.

Схема работы котла-утилизатора.

Котлы-утилизаторы позволяют использовать теплоту отходящих газов, что повышает коэффициент использования топлива, уменьшает температуру вынесения технологического сырья, дает возможность его улавливать.

На то, как эффективно котлы-утилизаторы будут использовать теплоту отходящих газов, влияет тепловая мощность, которую имеет котел, режим поступления в него газов, температура отходящих газов. От того, сколько будет сжигаться топлива в конкретной технологической установке и какой процесс происходит, будет напрямую зависеть температура и количество отходящих газов. Много шихтовых газов образуется во время работы оборудования, используемого для плавки руд цветных металлов и во время продувки кислородом конвертеров, что преобразуют чугун в сталь.

Еще одним важным фактором, влияющим на работу котла, является режим поступления в него газов. Многие технологические установки имеют циклический принцип, а это, в свою очередь, негативно влияет на эффективность работы котлов-утилизаторов. Часто указанные неудобства возникают на конвертерном производстве, и цикличность работы печей приводит к тому, что котел-утилизатор будет работать с низкой эффективностью.
Признаки, по которым котлы-утилизаторы делятся на группы

Схема котла-утилизатора.

1. В зависимости от температуры газов, что попадают в котел. По данному принципу утилизаторы делятся на низкотемпературные (<900°С) и высокотемпературные (> 1000°С). При низких температурах перенос тепла выполняется за счет конвекции, а при высоких температурах — за счет излучения. Если температура больше 1100°С, то продукты сгорания, что были в жидком состоянии, изменяют свое агрегатного состояние.
2. По параметрам пара утилизатор может быть низкого давления (Р = 1,5 МПа, t=300°С), повышенного (4,5 МПа и 450°С) и высокого (10-14 МПа и 550°С).
3. Также влияет принцип взаимного движения пара, воды и продуктов сгорания, утилизатор может быть водотрубным или газотрубным;
4. В зависимости от способа движения воды в испарительном контуре, водотрубный утилизатор бывает с принудительной или естественной циркуляцией.
5. В зависимости от оформления компоновки и поверхностей нагрева, утилизатор может быть горизонтального, туннельного, башенного типа. В низкотемпературных котлах используется принцип змеевиковой конвективной поверхности нагрева, а у высокотемпературных моделях — радиационно-конвективные поверхности.

Принцип действия газотрубных и водотрубных котлов

Газотрубный утилизатор

Газотрубные котлы выпускаются с горизонтальным и вертикальным их расположением, могут использоваться совместно с обжиговыми, мартеновскими и другими печами, которые имеют сравнительно небольшую мощность.

Газ, температура которого около 1200°С, выходит из печи и попадает в нижнюю часть газохода котла. Там установлены W-образные трубные ленточные и экранные настенные поверхности, конвективный пакет пароперегревателя. Тепло превращает воду в пар, и пароводяная смесь начинает циркулировать в указанных поверхностях. Во время работы утилизатор вырабатывает пар, давление которого до 4,5 МПа и температура до 440°С, что позволяет обеспечить электрическую мощность до 8 МВт. Чтобы поддерживать постоянный тепловой потенциал газов, поступающих в утилизатор, установлен предтопок с газовой горелкой.

Все газотурбинные утилизаторы имеют одинаковый принцип работы, независимо от того, в какой отрасли они используются. Они применяются для охлаждения отходящих газов, технологических установок, что имеют небольшую мощность.

Водотрубный утилизатор

Утилизаторы, имеющие многократную принудительную циркуляцию, широко используются в промышленности. То, что такой анализатор имеет принудительную циркуляцию, позволяет испарительный элемент делать любой формы и ориентации в пространстве.

В таких котлах испарительная система распределяется на несколько секций, они подключены параллельно, это позволяет значительно снизить сопротивление испарительной части и использовать циркуляционные насосы меньшей мощности.

Вода, которая питает утилизатор, поступает через водяной экономайзер, а затем в барабан котла. Отсюда при помощи насоса вода через шламоотделитель идет в испарительные пакеты, которые включены параллельно. Полученная пароводяная смесь в барабане сепарируется, и вода отделяется от пара. После чего пар через пароперегреватель идет к потребителю. В зависимости от того, где надо установить утилизатор, его компоновка может быть П-образной, башенной или горизонтальной.
Котлы-утилизаторы в парогазовых и когенерационных установках
В парогазовых установках используются котлы-утилизаторы, которые рассчитаны для получения пара среднего и высокого давления для дальнейшего его использования в паровой турбине. В таком котле источником энергии также является энергия отходящих газов. Здесь используются водотрубные котлы, у которых конвективные поверхности нагрева и многократная принудительная циркуляция. От мощности паровой турбины будет зависеть конструкция котла, он может быть одноконтурным или иметь 2 независимых контура, в которых будет разное давление пара.

Такие барабанные утилизаторы вырабатывают пар, давление которого от 0,65 до 8 МПа, а также горячую воду, за счет того, что утилизируют тепло выхлопных газов от газотурбинной установки.

Если говорить о котлах-утилизаторах когенерационных установок, то они используют теплоту выхлопных газов поршневых двигателей или газовых турбин. Вырабатывают пар, который используют для подогрева воды в системе отопления или для технологических нужд. Такие котлы делают одноконтурными с принудительной циркуляцией.