При функционировании некоторых видов промышленных установок выделяются большие объемы выхлопных газов с очень высокой температурой, загрязняющие окружающую среду. Чтобы употреблять эти вещества на пользу производству и минимизировать нагрузку на экологическую обстановку, был придуман котел утилизатор.
Описание разновидностей котлов-утилизаторов
Работа теплообменных агрегатов основывается на передаче энергии, имеющейся в горячих газовых массах, жидкому теплоносителю. Утилизационный котел обычно не оснащается горелкой, так как его конструкция не предполагает нагревания и сгорания топливных ресурсов. Зато в него вмонтированы электрод накаливания и блок, обеспечивающий искусственное перемещение газа по внутренним путям котлоагрегата. Устройства различаются по ряду характеристик: они бывают одно- и двухконтурными, с разными габаритами нагревательного бачка.
В зависимости от температуры отходящих газов агрегаты можно разделить на работающие с низкими и высокими температурами. В первую категорию попадают показатели до 900 °С, во вторую – превышающие 1000°С.
По принципу работы котлы утилизаторы можно разделить на два класса. Паровые агрегаты применяются для генерации горячего пара для отопления или использования в промышленности. Водогрейные устройства принимают газы, которые отходят от установки, и передают их тепло воде. Последняя может быть использована для отопительных или иных целей.
Паровые устройства и котлы, предназначенные для подогрева воды, могут быть оборудованы топочной камерой. Поскольку при вторичной переработке масс газов, которые при ином раскладе попадали бы в атмосферу, генерируется много энергии, такие котлы иногда применяются для производства электричества. Существуют модели, не оснащенные топкой. В таких устройствах газы непосредственно воздействуют на теплообменник с жидкостью или паром.
Все элементы конструкции, в которых идут процессы горения, изготавливаются из огнестойких материалов.
Комплектация оборудования
В базовой комплектации котлоагрегаты снабжены достаточным количеством функциональных блоков. В нее обязательно входят насосная группа, изоляционные устройства, панель управления.
Переориентации производственного предприятия или освоении им новых сфер деятельности может появляться нужда в дополнительных технических приспособлениях. Оно может включать в себя такие элементы:
- защитные устройства: жароустойчивое экранирование, блоки предохранения, запирающие клапаны, подвесные детали;
- насосное оборудование;
- устройства, обеспечивающие вентиляцию и нагнетание воздушных масс.
В некоторых многокомпонентных системах используются также арматурные элементы из арсенала сантехника. Они нужны для конструирования различных типов теплообменных устройств.
В некоторых ситуациях целесообразно приобрести и источник бесперебойного электричества. Конструкция ряда моделей предусматривает возможность подключения горелки.
Технические характеристики
Использование газовых отходов в полном объеме позволяет котлам иметь высокие показатели КПД. У устройств, работающих на жидком или твердом топливе, они существенно меньше. Однако если теплообменные поверхности сильно засорены, эффективность работы агрегата снижается. Чистить эти части конструкции можно, обмывая водой или обдувая паром. Практикуется также технология виброочистки.
В разных отраслях промышленности на определенных этапах цикла производства задействуются различные типы котлов. Они отличаются числом парообразовательных регистров, параметрами мощности, используемыми циркуляционными схемами, требовательностью к качеству теплоносителя.
Насколько эффективно будет работать агрегат, зависит от типа подачи, количества газовых масс и их температуры. Объемы выбрасываемых отходов у разных видов промышленности отличаются. Наибольшее количество образуется при переработке нефти и в металлургии. Специфичным для последней является шихтовый газ. Присутствие окалины металлов благоприятно для прогорания газового топлива.
Достоинства и недостатки
От других типов котлоагрегатов рассматриваемые устройства отличаются отсутствием потребности в добавочном топливе. Утилизатор функционирует только на газовых отходах. Это позволяет использовать топливо значительно эффективнее, а также снизить затраты на очистку выхлопов. Кроме того, применение таких котлов на предприятиях положительно влияет на окружающую среду. Энергетические выбросы существенно понижаются. За счет снижения объемов сжигаемого топлива, содержащего углеводород, в атмосферу попадает значительно меньшее количество парниковых газов. Энергосберегающий производственный цикл снижает издержки предприятия.
Холодные детали агрегата подвергаются коррозии. Эффективность использования утилизатора зависит от того, до какой температуры нагреты вырабатываемые газы.
Особенности работы
В процессе работы котлоагрегата его теплообменник покрывается веществами, содержащимися в дымовых газах. Это не лучшим образом влияет на эффективность утилизатора. Чтобы сделать КПД максимально высоким, можно установить перед ним термоокислитель летучей органики.
Если потребность в использовании тепла отработанных газов возникает лишь время от времени, можно регулировать поступление выбросов на котел. Для этого используется специальный байпас – блок, перенаправляющий отходы в дымовую трубу. Регулировать функцию байпаса можно посредством сухого контакта, предполагающего открытое и заблокированное состояния, либо с использованием наружного аналогового сигнала. В последнем случае процесс завязан на регуляцию угла открытия заслонки.
Область применения
Целесообразно ставить утилизаторы, если в результате некоторого процесса выделяется много физической теплоты, подлежащей дальнейшему использованию для снижения затрат топлива. Сюда относятся тушение накаленного кокса и работа газовых турбин. В последнем случае котел используют для генерации пара, идущего впоследствии на обогрев предприятия или решение технологических задач.
Существуют также модификации конвективного типа, заточенные под задачу охлаждения углеродных газов. Они применяются при плавлении стали. Конструктивные особенности этих агрегатов обеспечивают большое число циклов искусственной циркуляции и двухступенчатое испарение. Некоторые котлы предусматривают сжигание углеродного оксида. Охлаждение конверторных отходов уменьшает унос и загрязнение атмосферы.
На теплоэлектростанциях используются усовершенствованные вариации утилизаторов. Для подготовки воды, запитывающей системы отопления и горячего водоснабжения, применяют устройства деаэрации атмосферного давления. Они же задействованы при приготовлении теплоносителя для паровых котлоагрегатов. Для вакуумной деаэрации задействуются вторичные газовые массы, выделяющиеся при функционировании турбины. В результате получается пар, впоследствии снова применяемый в турбинной установке. Это позволяет сэкономить топливные ресурсы. Зачастую генерируемый пар имеет высокое давление.
Использование утилизаторов в производственном цикле приносит ряд полезных эффектов: рациональнее расходуется топливо, значительно снижается поступление во внешнюю среду тепловой энергии и вредных соединений. При работе с газами достаточной температуры агрегаты имеют очень высокий КПД.