Утилізація скидного тепла

Технічна сутність та сфера застосування

Утилізація теплоти – це повернення та корисне використання частини теплової енергії викидних потоків. Це один із головних напрямів здійснення технологічного (прямого) енергозбереження. Утилізація теплоти – актуальна технологія активного енергозбереження, яка відповідає основам стратегії енергозбереження, що полягає у підвищенні ефективності використання енергоресурсів, а не в прямому скороченні їх використання.
Основою процесу утилізації теплоти є теплоутилізаційне обладнання (теплоутилізатори). Теплоутилізатор – це теплообмінник (теплообмінний апарат), в якому здійснюється передача частини теплової енергії від викидного потоку теплоносія, що утворюється в даному технологічному процесі, до потоку іншого теплоносія для використання переданої теплоти в тому ж чи іншому технологічному процесі.
Утилізація теплоти є енергозберігаючою технологією багатогалузевого застосування. Вона може застосовуватись у галузях паливно-енергетичного комплексу, промисловості, агропромислового комплексу, транспорту, комунального господарства – скрізь, де є джерела теплових викидів. За температурним рівнем теплові викиди можна умовно розділити на три групи: високотемпературні (понад 600ºС), середньотемпературні (150 ÷ 600ºС), низькотемпературні (до 150ºС). Джерелами теплових викидів першої групи є металургійні печі, склоплавильні печі, установки для виробництва водню та ін., другої групи – котли, газові турбіни, теплогенератори, двигуни, печі для термообробки різних матеріалів і харчових продуктів та ін., третьої групи – сушильні установки, системи вентиляції та кондиціювання повітря, різне технологічне обладнання та ін. Енергетичні рівні теплових викидів, як правило, перевищують оптимальні та є потужним резервом енергозбереження шляхом утилізації надлишкової викидної теплоти. Винятки нечисленні (наприклад, на прийнятному рівні є температури газових котлів, що працюють у великій енергетиці). Надмірні рівні теплових викидів спричинені такими основними причинами:
1. За часів проєктування використовуваного сьогодні паливо- та енерговикористовуючого устаткування техніко-економічний аналіз показував недоцільність організації утилізації теплоти внаслідок низької (символічної) ціни на енергоресурси в ті часи та технічної недосконалості теплообмінників-утилізаторів, масогабаритні характеристики та матеріалоємність яких були сумірними з масою та габаритами основного устаткування – джерел теплових викидів.
2. Нормативно-технічні вимоги до показників енергоефективності багатьох типів паливо- та енерговикористовуючого устаткування були і по суті залишаються такими, що не відповідають сучасним вимогам. 

Наш внесок у практичну реалізацію систем утилізації теплоти

Прикладами успішної реалізації енергозберігаючої технології утилізації теплоти викидних потоків від паливо- та енерговикористовуючого устаткування є виконані та виконувані підприємствами, що входять до складу групи компаній SOE, комплексні роботи зі створення та впровадження високоефективних теплообмінників-утилізаторів типу «газ-газ», «газ-вода» та «газ-пара» на основі «надтеплопровідних» елементів – теплових труб, а також на основі ефективних рекуперативних теплообмінних труб. За наявності необхідних вихідних даних і за погодженням із замовником створюються та впроваджуються в тому числі і теплоутилізатори, що працюють у конденсаційному режимі, тобто, які забезпечують передачу додаткового тепла конденсації водяної пари із продуктів згорання природного газу. Основні характеристики розроблених та впроваджених теплообмінників в якості повітропідігрівачів та водопідігрівачів парових котлів, водогрійних кот-лів, печей, сушильних установок наступні: діапазон температур гарячих газів на вході 100 ÷ 420ºС ; діапазон утилізованих теплових потоків 10 ÷ 3500 кВт; досягнуті характеристики компактності та матеріалоємності – до 400 кВт/м3 та до 0,5 кВт/кг. Аналіз результатів цих розробок та випробувань, досвід впровадження та експлуатації теплоутилізаторів у промислових умовах дозволяють зробити такі основні висновки:
1. Теплоутилізатори забезпечують підвищення на 2 ÷ 15 % показників енергоефективності устаткування і технологічних процесів та відповідне зменшення шкідливих викидів і теплового забруднення навколишнього середовища.
2. Відносно невеликий аеродинамічний опір теплоутилізаторів дозволяє при оснащенні ни-ми устаткування використовувати, як правило, штатні тягодуттьові машини.
3. Розроблені теплообмінники-утилізатори характеризуються високою надійністю та стабільністю характеристик в умовах тривалої роботи.
Розроблені теплообмінники-утилізатори з 1990 р. успішно експлуатуються на різному пали-во- та енерговикористовуючому устаткуванні понад 200 підприємств різних галузей. Наприклад, стосовно котлів вони використовуються: 1) як додаткові хвостові теплообмінники, що забезпечу-ють повернення тепла з гарячим повітрям дуття або з підігрітою водою; 2) як теплообмінники, що заміщують штатні повітропідігрівачі або водяні економайзери, що призводить до значного сумар-ного техніко-економічного ефекту від зниження капітальних витрат (на придбання та встановлення обладнання) та від зниження експлуатаційних витрат (на паливо, електроенергію та обслуговування); 3) як теплоутилізатори для отримання підігрітого повітря, води або інших теплоносіїв, що використовуються в інших технологічних процесах.
Термін окупності виконуваних робіт, як правило, не перевищує 1,5 – 2 роки.
Приклад схеми компонування котла з теплоутилізатором -повітропідігрівачем на основі теп-лових труб зображений на малюнку.

Схема компонування теплоутилізатора-повітропідігрівача з котлом:
1 – котел; 2 – теплоутилізатор-повітропідігрівач на основі теплових труб; 3 – газохід;
4 – димосос; 5 – вентилятор; 6 – повітрохід холодного повітря; 7 – повітрохід гарячого
повітря до пальника котла

Часткова інформація про теплоутилізатори, що створені та впроваджені підприємствами, які входять до складу групи компанії SOE, наведені далі.