1.1.8
Парогенераторы на отходящих газах
Наряду с регенеративным использованием тепла отходящих газов для подогрева компонентов горения или предварительного нагрева материала в высокотемпературной теплотехнологии находит применение схема внешнего (разомкнутого) теплоиспользования. В схеме внешнего теплоиспользования за счет тепла отходящих газов вырабатывается дополнительная продукция, в основном энергоносители (горячая вода, пар), отдаваемые внешнему потребителю.
Энергоносители
в схеме с внешним теплоиспользованием вырабатываются в специальных
парогенераторах на отходящих газах (ПГОГ), которые в литературных источниках
иногда называются котлами-утилизаторами (КУ) [7].
Следует
отметить, что называть ПГОГ «котлами-утилизаторами» не совсем корректно. С
таким же основанием можно было бы назвать КУ энергетические парогенераторы, так
как за пределами топки (зона сжигания топлива) тепло продуктов горения
усваивается (т.е. утилизируется) радиационными и конвективными поверхностями
нагрева.
Характерным
отличием ПГОГ от энергетических котлов является отсутствие отдельной топки, в
которой сжигается топливо. В то же время в ПГОГ может использоваться не только
физическое тепло отходящих газов, но и химически связанное тепло, если в газах
имеются горючие компоненты (например, конвертерный газ). В этом случае в ПГОГ
устанавливаются специальные дожигательные устройства.
Роль и
значение ПГОГ постоянно возрастает и особенно в условиях строгой экономии
топливно-энергетических ресурсов. Повышение роли ПГОГ в энергетическом
хозяйстве промышленного предприятия связано также с укрупнением
высокотемпературных агрегатов, внедрением новых прогрессивных
высокофорсированных технологий. Указанные тенденции ведут к увеличению
энергетического потенциала отходящих газов и позволяют вырабатывать до 250-300
тонн пара в час, что сопоставимо с производительностью энергетических
парогенераторов.
ПГОГ,
выпускаемые промышленностью, вырабатывают пар следующих параметров:
Ø давление – 15 бар,
насыщенный пар;
Ø давление – 40-45 бар,
температура – 440-450ºС.
К недостаткам существующих ПГОГ следует отнести ограниченные возможности применения пара таких параметров. Вырабатываемый в ПГОГ пар может использоваться для привода вспомогательного оборудования (насосов, вентиляторов, силовых установок), однако мощность этих установок на промышленном предприятии ограничена. В основном пар ПГОГ используется для покрытия отопительной нагрузки (число часов использования 3000-4500 часов в год).
При снижении отопительной нагрузки, которое имеет место при повышении температуры наружного воздуха, степень использования тепла отходящих газов уменьшается, что снижает реальную годовую экономию топлива в 2-3 раза. Одновременно использование пара ПГОГ для покрытия отопительной нагрузки отрицательно сказывается на эффективности работы ТЭЦ, так как он заменяет собой пар теплофикационных отборов турбины (уменьшение выработки электроэнергии по теплофикационному циклу, перерасход топлива на ТЭЦ из-за увеличения пропуска пара через конденсатор).
Большая продолжительность рабочей кампании (7500-8000 часов работы агрегата в межремонтный период), увеличение тепловой мощности и производительности высокотемпературных теплотехнологических установок определяют необходимость повышения параметров пара до энергетических (100-140 бар, 540-560ºС). Пар таких параметров может обеспечить работу паровых турбин мощностью десятки и даже сотни МВТ.
Оптимальные параметры и направления использования вырабатываемого пара должны определяться на основе технико-экономических расчетов по минимальным расчетным затратам.
Годовая экономия условного топлива в схеме внешнего теплоиспользования равна:
, кг.у.т./год, (1.71)
где п - число часов использования ПГОГ,
- количество
использованного в ПГОГ тепла отходящих газов,
- коэффициент,
учитывающий ухудшение работы ТЭЦ при замене пара отборов турбины (0,2-0,4),
- энергетический к.п.д.
замещающего парогенератора.
При получении пара
энергетических параметров коэффициент 
становится равным
нулю и экономия топлива максимальна.
Срок окупаемости капитальных вложений в ПГОГ рассчитывается по формуле:
, год, (1.72)
где 
- паропроизводительность
ПГОГ,
- себестоимость пара,
вырабатываемого на ТЭЦ и в ПГОГ.
Нормативный срок окупаемости ПГОГ
принимается таким же, как и для энергетических парогенераторов (
лет, 
).
В настоящее время в промышленности большое количество ПГОГ различной мощности и назначения. Единой классификации ПГОГ нет.
Наиболее часто используемые типы ПГОГ:
Ø КУ (например, КУ- 100, котел-утилизатор с пропуском 100000 м³/час отходящих газов),
Ø УКЦМ (УКЦМ-25/40, утилизационный котел цветной металлургии производительностью 25 т/час и давлением 40 бар),
Ø УСТК (УСТК-60, установка сухого тушения кокса),
Ø ОКГ (ОКГ-100, охладитель конвертерного газа конвертера емкостью 100 тонн).
Несмотря на большое разнообразие ПГОГ могут быть разделены на 2 классификационные группы:
I
– ПГОГ низкотемпературного включения (
),
II – ПГОГ высокотемпературного включения
(
).
Такое деление с границей в 1000ºС обусловлено следующими причинами:
а) отличием условий теплоотдачи от газов (при температуре менее 800ºC - в основном конвективный теплообмен, более 1000ºC – лучистый теплообмен),
б) изменением агрегатного состояния уноса (при температуре менее 900ºC – твердые частицы, более 1000ºC – расплавленный унос, ведущий к шлакованию поверхностей нагрева).
Класс ПГОГ определяет последовательность включения теплоиспользующих установок в структурной схеме ВТТУ (рисунок 1.25):
Схема 1
Схема 2
Схема 3
Рисунок 1.25 –
Схемы включения ПГОГ в структурную схему ВТТУ
В схеме 1 ПГОГ устанавливается непосредственно после рабочей камеры. Если температурный уровень в рабочей камере превышает 1000ºC, то устанавливается ПГОГ высокотемпературного включения (высокотемпературный ПГОГ), при меньшей температуре – низкотемпературного включения (низкотемпературный ПГОГ). В схеме 2 высокотемпературный ПГОГ устанавливается непосредственно после рабочей камеры с высоким температурным уровнем, а в схеме 3 низкотемпературному ПГОГ предшествует нагреватель дутья (НД), понижающий температуру отходящих газов перед ПГОГ.