Особенности работы и виды котлов-утилизаторов

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.

Принцип работы

Принцип работы котла-утилизатора – это не сложный процесс. Представим себе пространство, чаще всего трубу, заполненную отсеками труб с циркулирующей в них водой. Использовать отсеки дешевле, поскольку на каждый отсек устанавливается отдельный насос, поддерживающий циркуляцию жидкости. Много малых насосов дешевле большого той же мощности. Принудительная циркуляция жидкости ускоряет парообразование.

Вода под воздействием температур делится на слои, каждый из которых обладает своей плотность. Вследствие прогревания нижних слоев и подъема их наверх, происходит перемешивание и циркуляция жидкости в трубах. Механическая циркуляция значительно ускоряет этот процесс. Использование насосов позволяет распределять тепло равномерно.

Сквозь трубы с водой проходят отработанные дымовые газы с высокими температурами. Отработанные газы служат источником тепла. Для ускорения процесса на входе в котел стоит вентилятор. Все устройство содержит в себе несколько вентиляторов, которые позволяют несколько раз прогнать дым сквозь топку для достижения максимального эффекта.

После котла пар поступает к потребителю, откуда возвращается в бак с водой. К баку происходит постоянное подмешивание подпиточной воды. Цикл не может постоянно использовать одну и ту же жидкость, потери при прохождении сети труб от котла к потребителю неизбежны.

Чтобы понять принцип работы-котла утилизатора, необходимо знать, как происходит подготовка питательной воды. Для ее подготовки используется деаэратор, который избавляет воду из общегородской сети от примесей калия и магния. Именно эти элементы отвечают за образование накипи. Без предварительной отчистки трубы в котле и на пути к потребителю быстро зарастут. В лучшем случае это ухудшит теплообмен, в худшем полностью остановит работу котла.

Перед подачей в барабан подготовленная вода подогревается, чтобы снизить теплопотери паровой смеси на нагрев внесенной жидкости. Для этого используется экономайзер. Принцип работы экономайзера не отличается от принципа работы теплообменника в самом котле: это сеть труб, через которые вода течет в барабан котла. Через эти трубы отработанный газ после теплообменников уходит в атмосферу.

Экономайзер

Обратите внимание: через экономайзер вода не циркулирует, а протекает сразу в барабан котла по змеящемуся трубопроводу. Дым здесь так же не циркулирует, просто проходя сквозь трубы

Нагреть питательную воду отработанными газами невозможно, использование насосов и вентиляторов здесь нецелесообразно. Газ на этом этапе уже отдал максимальный запас тепла, задача экономайзера – сделать цикл еще экономичнее.

Так вкратце выглядит схема работы котла-утилизатора.

Непрерывная методика продувки

Предпочтение отдаётся непрерывному процессу продувки, способствующему постоянному выводу избыточных солей.

Преимущественно барабанные котлы с естественной циркуляцией подвергаются продувке в следующем порядке:

• перенаправление жидкости во время продувки в сепаратор;
• расширению воды в сепараторе;
• отделение воды от пара;
• отведение пара в процессе продувки в деаэратор;
• слив в канализацию прошедшей через подогреватель разогретой воды.

Преимущественно процесс связан с выведением воды, находящейся в верхнем барабане. Непрерывность процесса продувки, обеспечивается особенностями устройства барабанного котла, выражающимися в наличии специальной запорной арматуры в виде задвижек и вентилей.

Трубопровод, используемый в процессе непрерывной продувки, оснащается регулирующими устройствами, последовательно за которыми монтируется запорная арматура. Устройство оборудования, предусматривает использование в ходе непрерывной продувки отдельных трубопроводов на каждый барабанный котёл.

Разновидности индукционных котлов

Все модели индукционных котлов работают по одному принципу, но имеются отличия в их конструктивном исполнении. По этому критерию они условно подразделяются на несколько видов, которые будут рассмотрены далее.

Кожуховые котлы. Кожух котла имеет цилиндрическую форму. В кожухе находится катушка индуктивности. Как внутри, так и снаружи катушки проходит теплообменник.

Поступающая во входящий патрубок рабочая жидкость проходит по теплообменнику, нагревается и через верхний патрубок поступает в отопительный контур. Котлы кожухового типа в России производит НПК «ИНЭРА». На рынке они известны под брендом SAV.

Котлы с объемными теплообменниками. Такой тип котлов еще называют индуктивно-кондуктивным. Агрегат имеет металлический корпус в виде цилиндра.

В корпусе размещена индукционная катушка с ферромагнитным стержнем, который выполняет функции теплообменника. Индуктивно-кондуктивные котлы на рынке представлены серией ВИН. Производитель – завод теплового оборудования «Альтернативная энергия».

Котлы с трубчатым теплообменником. Классические индукционные котлы имеют теплообменник в виде набора труб, огибающих катушку индуктивности. Первым на рынке был именно такой агрегат.

Индукционные котлы с инверторами. Индукционный котел может быть дополнен инвертором, в котором постоянный электрический ток аккумуляторов преобразуется в переменный высокочастотный и только потом поступает к катушке индуктивности.

Такое решение помогает получать необходимые вихревые токи для генерации тепла при отсутствии основного сетевого питания.

Использование инвертора в схеме с индукционными котлами позволяет стабилизировать поставку питания электрооборудованию и защитить его от перепадов напряжения в сети

Описание угольных котлов с автоматической подачей

Горючее непрерывно поступает в топку малыми порциями. Похожий принцип реализован в пеллетных котлах. Скорость подачи регулируется микропроцессорным контроллером с учетом температуры теплоносителя или воздуха в помещении (подключаются термодатчики).

Схема имеет следующие достоинства:

• реже требуется участие пользователя;
• уголь сгорает полностью (КПД на уровне 90%);
• регулируется мощность (до 30% номинальной);
• отсутствует инерционность — производительность можно резко свести к нулю.

Благодаря способности долго работать на одной закладке топлива агрегаты этого вида получили название котлов длительного горения. Возможность менять теплоотдачу в широких пределах позволяет эксплуатировать их в низкотемпературном режиме, что необходимо в межсезонье или для подогрева пола.

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.

Принцип работы котла-утилизатора

Все газотрубные устройства можно разделить на два типа: те, которые располагаются вертикально, и те, которые – горизонтально. Агрегаты аще всего устанавливают поблизости от обжиговых, мартеновских и других видов печей. Нельзя сказать, что газотрубное оборудование представляет собой слишком мощные агрегаты.

В области газохода располагаются настенные элементы (ленты и экраны) и пароперегревательный конвективный пакет. Тепло превращает воду в пар. Вода и пар циркулируют по поверхностям стенок котла. Чтобы поддерживать стабильный тепловой потенциал, перед утилизатором устанавливают предпоток, оснащенный газовой горелкой.

Как работают трубные утилизаторы:

• В основе работы лежит принцип многоразовой принудительной циркуляции. Именно поэтому вид испарительного элемента может быть любой необходимой конфигурации. Испарительный элемент разделяют на секции, подключенные параллельно: это уменьшает сопротивление области испарения и приводит в действие циркуляционные насосы.
• Вода поступает в котел и проходит экономайзер, перенаправляясь в барабан агрегата отопления. Из него жидкость выкачивает насос, затем она перенаправляется в пакеты испарения.
• В барабане происходит разделение паровых смесей и воды. Это приводит к тому, что из пара в агрегате выделяется вода.

Через паронагреватель пар переходит в систему отопления. Сам котел утилизатора может иметь П-образную, горизонтальную или башенную форму. На выбор конструкции влияет место, в котором будет установлен котел.

Виды котлов-утилизаторов

Котлы-утилизаторы, применяемые в настоящее время:

• Котлы-утилизаторы выхлопных газов общего назначения.
• Котлы, вырабатывающие пар, который приводит в действие механизмы для выработки электрической энергии или простого механического движения.
• Для утилизации побочных веществ при сгорании дизельного топлива.
• Котлы, которые комбинируются с нагревательными печами и мартенами, тепловая энергия и попутные газы преобразуются в котлах в дополнительную энергию или полезную работу.
• Устройства, которые охлаждают попутные газы, используя их в работе методом конденсирования и сжигания. Используются в металлургической промышленности.
• Для конденсации и сжигания газов при использовании в цветной металлургии.
• Для переработки теплового газа, полученного при работе электрических печей.
• Комбинированные котлы, которые используются для утилизации или преобразования тепловой энергии, которая получается в процессе перфорации стали и чугуна в литейной промышленности.
• Утилизаторы, используемые для дожига газа, который образуется на первоначальных этапах переработки нефти.
• Утилизирующие котлы для газа, который образуется в процессе сварочных и огневых работ.
• Для печей после производства губчатого металла.
• Котлы, которые сжигают осадки и примеси, полученные в ходе фильтрации жидких веществ.
• Утилизация отжигом сажи и нагара в котлах.
• Утилизация в котлах отходов обогащения кокса и черного угля.
• Утилизация от производства стекла и работы стекольной промышленности.

Как пользоваться водогрейным котлом читать тут.

Котлов-утилизатор

Отличительной особенностью котлов-утилизаторов, как оборудования для генерации пара, является необходимость обеспечения пропуска большого количества греющих дымовых газов на единицу вырабатываемого водяного пара ( ЕУД. Это отношение является прямой функцией начальной па входе в аппарат температуры дымовых газов и их расходом.  

В большинстве котлов-утилизаторов тепловоспринимающие поверхности располагаются по ходу продуктов сгорания следующим образом: пароперегреватель, испаритель и водонагреватель. В данных котлах тепло в основном передается конвекцией.  

При наладке котлов-утилизаторов следует проверять равномерность и устойчивость циркуляции, регулируя гидравлическое сопротивление змеевиков установкой шайб, как это делается на обычных паровых котлах.  

При разработке котлов-утилизаторов принимался минимальный температурный напор А / мин 30 С, а недогрев воды до точки кипения в водяном экономайзере составлял 40 С.  

Компоновка котла.

Трубная система котлов-утилизаторов имеет различные конфигурацию и расположение труб по типу стационарных или судовых котлов. Как и в котлах сбросных ПГУ, в котлах-утилизаторах с топкой для сжигания дополнительного топлива воздушный подогреватель может заменяться газоводяным.  

Отдельные виды котлов-утилизаторов, рассмотренных в книге, постепенно заменяются котлами более современной конструкции или подвергаются модернизадии. Однако принципы организации ремонтов и рекомендации по повышению уровня эксплуатации, изложенные в книге, достаточно универсальны и применимы для котлов-утилизаторов различных типов.  

Условия эксплуатации котлов-утилизаторов в различных производствах весьма разнообразны. Рассмотрим некоторые из них. Малые скорости обжиговых газов в котлах типа ВТКУ ( до 3 м / с) исключают эрозионный износ и самоочистку поверхностей нагрева котла, что приводит к их интенсивному заносу и повышению температуры за котлом и перед электрофильтрами сухой газоочистки. Обслуживающий персонал часто допускает продолжительную работу котлов-утилизаторов с превышением температуры газов на выходе на 100 — 150 С относительно регламентированной, что способствует увеличению отложений на поверхностях нагрева.  

Узким местом котлов-утилизаторов являются пароперегре-вательные элементы, работающие в условиях псевдоожиженно-го слоя колчедана. Вследствие эрозионного износа труб змеевиков срок службы элементов из стали 12Х1МФ составляет всего 6 — 8 месяцев. Пароперегревательные блоки из стали 1Х11В2МФ работают в течение двух лет, однако и в этом случае трубы змеевиков подвергаются эрозионному износу. Срок службы испарительных элементов кипящего слоя составляет 3 — 3 5 года, при этом новые типы ширмовых водотрубных котлов-утилизаторов ВТКУ через 25 — 30 сут требуют остановки для чистки ширм, поскольку отсутствует их самообдувка.  

Котел-утилизатор КУ-16.

При конструировании котлов-утилизаторов, использующих тепловые отходы, следует учитывать содержащиеся в греющих газах агрессивные компоненты, например, сернистые газы, поступающие из печей обжига серосодержащего сырья. Если в подводимых к котлу технологических газах есть горючие составляющие, организуют их предварительное дожигание в радиационной камере, которая в этом случае фактически превращается в топку.  

Капитальный ремонт котлов-утилизаторов осуществляется для полного или близкого к полному восстановления их ресурса и предусматривает замену или восстановление любых его частей, в том числе базовых. Объем капитального ремонта включает: объем текущего ремонта; ремонт барабана котла; замену или бандажирование штуцеров барабана; замену труб поверхностей нагрева, соединительных труб в пределах котла, коллекторов, испарительных и пароперегревательных элементов; ремонт и замену металлоконструкций котла и восстановление антикоррозионного покрытия металлоконструкций.  

Схема замены пакетов поверхностей нагрева котла-утилизатора.

При эксплуатации котлов-утилизаторов и ремонтах выявляются конструктивные недоработки, связанные с обеспечением стационарными и инвентарными средствами механизации, оптимальными техническими решениями их компоновки.  

Надежность работы котлов-утилизаторов можно существенно повысить, если автоматизировано управление тем производством, в составе которого они установлены. При решении проблем автоматизации производств возникают трудности, преодолеть которые не всегда просто. Поэтому рассмотрим, например, схему автоматизации участка обжига сернокислотного производства. Схемой предусмотрена стабилизация всех контролируемых переменных, для которых имеется конкретный регулирующий орган.  

Классификация

По назначению:

• Энергетические паровые котлы — предназначены для производства пара, использующегося в паровых турбинах.
• Промышленные паровые котлы — вырабатывают пар для технологических нужд, так называемые «промышленные парогенераторы».
• Паровые котлы-утилизаторы — используют для получения пара вторичные энергетические ресурсы теплоту горячих газов, образующихся в технологическом цикле. Энергетические котлы-утилизаторы в составе ПГУ используют теплоту уходящих газов ГТУ.

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы могут быть подразделены на две группы:

• газотрубные (жаротрубные, дымогарные) котлы
• водотрубные котлы

Водотрубные котлы по принципу движения воды и пароводяной смеси
подразделяются на:

• барабанные (с естественнойru_en и принудительной циркуляцией: за один проход по испарительным поверхностям испаряется лишь часть воды, остальная возвращается в барабан и проходит поверхности многократно)
• прямоточные (среда между входом и выходом котла движется последовательно, не возвращаясь)

В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В газотрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а теплоноситель омывает трубы снаружи.

Обозначения

Согласно , стационарные паровые котлы имеют следующую структуру обозначения:

Тип-D-P-T-FOН

Тип

• Пр — с принудительной циркуляцией (вода из барабана подаётся в испарительные поверхности специальными насосами);
• Прп — с принудительной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;
• Е — с естественной циркуляцией (под действием разности плотностей воды и пара);
• Eп — с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;
• П — прямоточные;
• Пп — прямоточные с промежуточным перегревом пара;
• К — с комбинированной циркуляцией (в одних поверхностях естественная, в других принудительная);
• Кп — с комбинированной циркуляцией и промежуточным перегревом пара.

D

Паропроизводительность котла, т/ч.

P

Давление на выходе из котла, МПа (ранее часто указывалось в кгс/см²)

T

Температура на выходе из котла, °C (для котлов, генерирующих насыщенный пар, не указывается). Если температура после промперегрева отличается от температуры первичного пара, она указывается через дробь.

F

Вид топлива (если топка не слоевая):

• К — каменный уголь и полуантрацит (тощий уголь);
• А — антрацит, антрацитовый штыб (шлам);
• Б — бурый уголь, лигниты;
• С — сланцы;
• М — мазут;
• Г — природный газ;
• О — отходы, мусор;
• Д — другие виды топлива.

O

Тип топки (для газомазутных не указывают, кроме «В»):

• Т — камерная топка с твердым шлакоудалением;
• Ж — камерная топка с жидким шлакоудалением;
• Р — слоевая топка (решетка);
• В — вихревая топка;
• Ц — циклонная топка;
• Ф — топка с кипящим (флюидизированным) слоем (стационарным и циркулирующим);
• И — иные виды топок, в том числе двухзонные.

Н

«Н», если котёл под наддувом.

Испарители

Испарители будут проектироваться из модулей оребренных труб, которые привариваются к коллекторам сверху и снизу. Вода подается в нижний коллектор через циркуляционные трубы, циркуляционные насосы, нижние питающие коллекторы и питающие трубы.Пароводяная смесь из каждого модуля направляется в барабан по подъемным трубам. Циркуляционные трубы, нижние питающие коллекторы, питающие трубы и подъемные трубы формируют циркуляционный контур каждого модуля.

Источники

• https://teplo.guru/kotly/tverdotoplivnye/utilizatoryi.html
• http://ccpowerplant.ru/parovoj-kotel-utilizator/
• http://teploclass.ru/kotly/kotel-utilizator
• http://klivent.biz/otopleniye/rabotayushhie-na-otxodax.html
• https://www.syl.ru/article/372195/kotel-utilizator-harakteristiki-printsip-rabotyi
• https://poluchi-teplo.ru/kotlyi/tverdo/vidyi-kotlov-utilizatorov.html
• https://1poteply.ru/kotly/tipy/kotel-utilizator-princip-raboty.html

Комплектация котла-утилизатора

Хотя и в базовом оснащении конструкции такого оборудования получают широкий набор вспомогательных устройств, по мере расширения предприятия или в ходе его переориентации может возникнуть потребность в разного рода дополнениях. В частности, системы защиты представляют собой навесные элементы, предохранительные блоки, жаростойкие экраны и запорные клапаны. Для устройства сложных циркуляционных систем применяется сантехническая арматура, позволяющая конструировать теплообменники разного устройства. Для поддержки достаточного давления котел-утилизатор также обеспечивается насосным оборудованием и вентиляторами с функцией нагнетания воздуха.

Нюансы монтажа

Монтаж начинает с выбора места под электрокотельную, при установке мощных агрегатов более 6 кВт рекомендуется отдельное помещение без доступа посторонних лиц и детей. ТЭНовые конструкции отопительного котла промышленного изготовления допускается устанавливать на кухне. ЭК располагают так, чтобы около него оставалось свободное место для обслуживания и ремонта. Минимальные просветы:

• до верхнего перекрытия помещения — 0.80 м;
• до «0» отметки в случае навесного типа — не менее 0.50 м;
• до стен — 0.05 м;
• до труб — более 0.50 м;
• перед фронтом котла — более 0.70 м.

Важное значение имеет уровень расположения корпуса – он должен быть строго горизонтальным. Установка котла зависит от типа системы отопления – при естественной циркуляции электрокотел располагается в нижней точке, с принудительной циркуляцией – в любом удобном месте.

Возможна установка не одного агрегата, а несколько, в этом случае обвязка их осуществляется параллельно, чтобы они работали с одинаковой нагрузкой

Возможна установка не одного агрегата, а несколько, в этом случае обвязка их осуществляется параллельно, чтобы они работали с одинаковой нагрузкой.

Алгоритм установки:

1. Для настенной конструкции сначала устанавливают кронштейны, которые поставляются в комплекте с агрегатом.
2. После крепления их на стене дюбелями или анкерами навешивают корпус.
3. Напольный агрегат устанавливают на ровной подставке из диэлектрика.
4. Обвязывают контуры отопления и ГВС.
5. Устанавливают запорно-регулирующую арматуру на входном и выходном патрубке.
6. Устанавливают грязевик датчики, манометры и термометры по рабочей схеме.
7. Подключают агрегата к электросети. В качестве кабель-канала можно использовать гофрированный гибкий трубопровод.
8. Если скачки напряжения в сети нередки, то подключение нужно выполнять через стабилизатор.
9. Устанавливается электрозащита, мощность предохранителя выбирают выше самой большой токовой нагрузки котла в рабочем состоянии, заземление при подключении обязательно. Выполняют заземление 3- или 5- жилой в кабеле.

• Нулевой рабочий провод N присоединяют к нулевой шине щитка.
• Заземляющий РЕ провод присоединяется к своей шине «Земля».
• Для силовой линии используют марку ВВГ кабеля с количеством жил 3 или 5, с сечениями соответствующей мощности ЭК, обычно размер обозначен в паспорте изделия.
• Двухконтурный котел обвязывается через трехходовой клапан электрического типа. По сигналу термостата, он направляет поток теплоносителя на подогрев контура ГВС либо отопления.
• После окончания монтажный работ котел осматривают и убеждаются в том, что он установлен строго горизонтально и к нему подключены все коммуникации.
• Заполняют котел водой и под водопроводной водой делают опрессовку — определяют утечки в соединениях и исправность запорно-регулирующей арматуры.
• Проверяют работу электрооборудования котла и циркуляционного насоса встроенного в котел.
• Тестируют работоспособность датчиков и автоматики безопасности.

Электрические котлы с насосом это самый передовой метод отопления с возможностью современной регулировкой нагрева от 0 до 100 %, Используя систему «Умный дом» управление можно выполнять онлайн, вне стен дома. И хотя сам насос потребляет дополнительное электричество для своей работы, эти затраты окупаются быстро с учетом комфортности, автономности и безопасности услуг

Самое важное – у этой схемы большое будущее, учитывая, что в нее легко интегрируются любые вторичные энергоресурсы зеленой энергетики, в связи, с чем данный вид теплоснабжения набирает популярность во всем мире

Что такое утилизация?

Утилизация – это уничтожение или переработка отходов для дальнейшего полезного использования в промышленности или быту. Непременным условием ее является безопасность. В результате получают энергию, топливо, сырье, материалы, изделия и т.п.

Официальное определение термина дано в Федеральном законе от 24.06.1998 N 89-ФЗ “Об отходах производства и потребления”. В соответствии с данным законом разработан межгосударственный стандарт (ГОСТ) по обращению с отходами и ресурсосбережению.

Росприроднадзор считает целью утилизации не повторное использование, а уменьшение массовой доли мусора, снижение вредного воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

https://youtube.com/watch?v=vl56Pl6SUHw

Все отходы сортируют на категории:

• по классам опасности – с 1-го по 5-й;
• по агрегатному состоянию – жидкие, твердые, газообразные;
• по отраслевой принадлежности – бытовые, химические, строительные, технические, сельскохозяйственные, медицинские, военные и пр.;
• по материалу – металл, пластик, бумага, картон, стекло, ветошь, древесина, кирпич, пищевые отходы, нефтепродукты, резина, сточные воды и пр.;
• по происхождению – органические, неорганические.

В быту использованные вещи, отслужившие срок, теряют потребительские качества. Бракованные изделия идут на сортировку, разделение на составляющие части. Затем подлежат переработке каждая в отдельности.

Так списанную электронно-вычислительную технику разбирают и сортируют на стекло, пластик, металл, а затем уже перерабатывают. На особом государственном учете стоят драгоценные металлы и камни.

Конструкция — котлов-утилизатор

Конструкция котлов-утилизаторов определяется особенностью греющего теплоносителя. При низкотемпературных тепловых отходах ( ниже 800 — 900 С) применяют газотрубные и водотрубные конвективные установки, при высокотемпературных ( выше 1100 — 1200 С) — радиационно-конвек-тивные котлы-утилизаторы.  

Конструкция котлов-утилизаторов должна быть рассчитана на охлаждение часто весьма запыленных газов

Конструкция котлов-утилизаторов определяется особенностью греющего теплоносителя. При низкотемпературных тепловых отходах ( ниже 800 — 900 С) применяют газотрубные и водотрубные конвективные установки, при высокотемпературных ( выше 1100 — 1200 С) — радиационно-конвек-тивные котлы-утилизаторы.  

Большое разнообразие конструкций котлов-утилизаторов и энерготехнологических агрегатов объясняется прежде всего различными местными условиями их применения. Так, например, на химических производствах есть установки, в которых энергетический агрегат работает при давлении охлаждаемых газов до 0 7 МПа ( 7 кгс / см2); давление же газов в 0 1 — 0 15 МПа ( 1 — 1 5 кгс / см2) встречается весьма часто.  

Схема естественной циркуляции в теплообменных элементах печи кипящего слоя и котла-утилизатора.| Схема печи КС и водотрубного котла-утилизатора ширменного типа с естественной циркуляцией в теплообменных элементах.

В некоторых конструкциях котлов-утилизаторов типа ГТКУ имеются два отсека, в которых расположены газотрубные секции. Для регулирования температуры отходящих газов внутри котла установлен перепускной ( байпасный) газоход с шибером. Все газовые трубы защищены от износа предохранительными гильзами из стали марки X17 и на входе газа снабжены насадками из жароупорного стекла или шамота. Конструкция котла обеспечивает хорошую герметизацию агрегата. Испарительные элементы, расположенные в печи и газоходах котла, объединены в общий циркуляционный контур.  

В начальный период большинство конструкций котлов-утилизаторов для цветной металлургии проектировалось на базе энергетических котлов П — образной компоновки, поэтому с учетом специфики уноса металлургических переделов конструкции котлов-утилизаторов подвергались значительным изменениям. На металлургических заводах эксплуатируются котлы БКЗ-50 / 39У, котлы типа Стерлинг, котлы БГ-35М, БГ-35РФ, ДКВР-10 / 13, а также УКЦМ-25 / 40 и многие другие.  

В Советском Союзе ряд конструкций котлов-утилизаторов создан Центральным научно-исследовательским дизельным институтом.  

Необходимо отметить, что за рубежом в некоторых конструкциях котлов-утилизаторов давление пара может превышать 80 ат.  

Рассмотрим более подробно технологические и теплотехнические характеристики некоторых видов конструкций котлов-утилизаторов малой и средней мощности. Считая, что в данное время наиболее простейшими представителями из многообразия разновидностей котлов-утилизаторов, которые устанавливаются за печными агрегатами, являются газотрубные, приведем описание и принцип их работы.  

В начальный период большинство конструкций котлов-утилизаторов для цветной металлургии проектировалось на базе энергетических котлов П — образной компоновки, поэтому с учетом специфики уноса металлургических переделов конструкции котлов-утилизаторов подвергались значительным изменениям. На металлургических заводах эксплуатируются котлы БКЗ-50 / 39У, котлы типа Стерлинг, котлы БГ-35М, БГ-35РФ, ДКВР-10 / 13, а также УКЦМ-25 / 40 и многие другие.  

На рис. 55 — I показаны две конструкции котлов-утилизаторов для двигателей внутреннего сгорания. Газы направляются по дымогарным трубам, очистка которых может производиться либо механически, либо путем выжигания.  

Принципиальная схема газотрубного котла-утилизатора.

Чтобы устранить оседание частиц сажи на рабочих поверхностях котла, следует предусмотреть высокие скорости газа. Опыты показывают, что котел-утилизатор работает удовлетворительно при скорости газа в трубах не менее 25 — 30 MJCBK. При этих скоростях газовый поток находится в режиме так называемого самообдува тепло-обменных поверхностей, так что сажа не оседает на них. Использование обычно применяемых в промышленности паровых котлов, без учета указанных особенностей теплоносителя, не дает желаемых результатов. Конструкция котла-утилизатора, так же как и конструкция форсунки, является обычно секретом каждой фирмы. Поэтому не представляется возможным дать описание конструкции котлов-утилизаторов, применяемых в настоящее время на промышленных установках газификации мазута.  

Принцип работы газотрубных утилизаторов

Газотрубные агрегаты бывают двух типов: расположенные по вертикали и по горизонтали. Такое оборудование чаще всего применяется возле мартеновских, обжиговых и других печей. Газотрубные устройства характеризуются относительно незначительными показателями мощности.

Котел утилизатор газотрубной модификации работает так: разогретый газ (температура примерно 1200 градусов) покидает печь и поставляется в нижнюю область газохода агрегата. В этой части находятся W-образные настенные поверхности (в виде лент и экранов), а также, конвективный пакет пароперегревателя.

Газотрубный котел-утилизатор ТКЗ типа КУ-40. 1 — пароперегреватель; 2 — трубная поверхность; 3 — дымосос.

Под воздействием тепла вода преобразуется в пар. Далее смесь воды с паром начинает циркуляцию по настенным поверхностям. В ходе процесса котел производит пар под давлением до 4,5 МПа и температурой до 440 градусов. Это дает возможность получить высокие показатели мощностных характеристик — до 8 МВт. Для поддержания стабильного теплового потенциала, до утилизатора ставится предтопок с газовой горелкой.

Особенности оборудования

Котел утилизатор работает без собственной топочной камеры. Такой агрегат использует тепло, получаемое в ходе других технологических процессов.

Одна из характерных черт функционирования промышленных утилизационных систем состоит в том, что в выходящих газах могут находиться множество небольших частиц. Они бывают в жидком, твердом или газообразном виде. Возникают частицы вследствие работы производственных установок и представляют собой осколки металла, шихты, шлака или окалины. Жидкие частицы — результат выплавки металлов. В целом, образование этих микроотходов связано с повышенными температурами, применяемыми при металлообработке.

На эффективность утилизации выходящих газов оказывает влияние тепловая мощность отопительного агрегата, режим подачи в него отходов и их температура. Объем и температура выходящих газов зависит от количества сжигаемого топлива и характера промышленного процесса. Значительный объем шихтовых газов выдается в цветной и черной металлургии — при продувании конвертеров кислородом.

Схема котла-утилизатора с принудительной циркуляцией: 1 — барабан; 2 — испарительная часть; 3 — пароперегреватель; 4 — водяной экономайзер.

Как сказано выше, на функционирование утилизатора большое влияние оказывает режим подачи в него газов. Промышленное оборудование (особенно это относится к конвертерам) часто работает циклично, что отрицательно сказывается на продуктивности котельного агрегата.

Котел утилизатор можно классифицировать по следующим параметрам:

1. По температуре газа, подающегося в агрегат. По этому параметру оборудование подразделяется на: низкотемпературное (менее 900 градусов) и высокотемпературное (свыше 1000 градусов). В условиях низких температур передача тепловой энергии осуществляется благодаря конвекции, а при высоких показателях — в процессе излучения. При температурах, превышающих 1100 градусов, жидкие продукты сгорания меняют свое агрегатное состояние.
2. По паровым характеристикам котел утилизатор может относиться к 3 классам: оборудования с низким давлением (1,5 МПа и 300 градусов), с повышенным давлением (4,5 МПа и 450 градусов), и с высоким (от 10 до 14 МПа и 550 градусов).
3. По принципу передвижения жидкости, пара и продуктов сгорания утилизационные котлы разделяются на два типа: газотрубные и водотрубные.
4. По способу передвижения жидкости в испарительном контуре утилизирующее оборудование дифференцируется на котлы с естественной и принудительной циркуляцией.
5. По комплектации и нагревательным поверхностям оборудование подразделяется на такие типы: башенный, горизонтальный и туннельный. В низкотемпературных устройствах применяется змеевиковая конвективная нагревательная поверхность. В высокотемпературных модификациях — конвективно-радиационная поверхность.