CC BY
80
Энергобезопасность в документах и фактах
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИЗОБРЕТЕНИЯ
Высокоэффективный способ снижения теплового и химического загрязнения атмосферы газифицированными котельными
Ю.М. Варфоломеев,
профессор кафедры «Методология лицензирования и аттестации» Государственной Академии профессиональной переподготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы (ГАСИС), член-корр. Академии промышленной экологии
В результате работы энергетических и промышленных предприятий, транспортных средств и другой хо зяй ст вен -ной де я тель но с ти, а также естественных природных процессов (выветривания, вулканических) к атмосферному воздуху подмешиваются значительные ко ли че ст ва раз лич ных тех но ген ных и при род ных примесей: газов, паров, аэрозолей. Например, наружный воз дух про мы ш лен ных го ро дов и по сел ков мо жет содержать от 0,2 до 20 и более мг/м3 пыли, значительные количества диоксида углерода СО2 , других вредных газообразных примесей — оксидов азота, серы (в том числе и канцерогенных — оксидов ванадия), выде-ля е мых энер ге ти че с ким и тех но ло ги че с ким обо ру до -ва ни ем, транс пор том, про мы ш лен ны ми из де ли я ми и от хо да ми.
Уровень загрязнений воздуха может быть очень высоким и опасным для здоровья людей, поэтому содержание их в воздухе жилых массивов и на промышленных территориях ограничивают предельно допустимой концентрацией — ПДК.
Нормы ПДК разрабатывают, законодательно утверждают (табличные значения) и контролируют при ро до о хран ные и са ни тар ные ор га ны стра ны. Про -из вод ны ми от ПДК яв ля ют ся нор мы пре дель но до пу -стимых выбросов — ПДВ, утверждаемыми ими же для ти по вых тех но ло ги че с ких про цес сов, ма шин, оборудования, устройств.
Защита атмосферного воздуха от загрязнений, фильтрация выбросных газов и их очистка, обезза-ра жи ва ние яв ля ют ся важ ней ши ми за да ча ми всех промышленных, энергетических установок и транспорт ных ус т ройств.
Учи ты вая ус та но вив ши е ся по сто ян ные при род -ные процессы переноса воздушных масс в атмосфере на боль шие рас сто я ния, эти при ро до о хран ные за да -чи выросли до международного значения-уровня.
Так как трансграничные загрязненные атмосферные потоки затрагивают интересы всех государств мира, да же не име ю щих раз ви той про мы ш лен но с ти, ро ди -лась идея выделения индустриальным государствам определенных ограничительных нормативов и квот на выброс загрязняющих веществ в атмосферу. Она реализовалась в виде добровольного Киотского протокола международной экологической конференции государств, проведенной ООН в декабре 1997 г. При-гла ше ния к до б ро воль но му при со е ди не нию к не му разосланы правительствам США, Китая, Канады, России, европейских и других государств — основных загрязнителей воздуха.
Со глас но про то ко лу про мы ш лен но раз ви тые страны, на долю которых приходится не менее 55% об щих вы бро сов пар ни ко вых га зов, долж ны со кра -тить свои выбросы к 2008-2012 годам по меньшей мере на 5% по сравнению с уровнем 1990 года.
Россия подписала Киотский протокол в феврале 1999 г. и ратифицировала его в ноябре 2004 г. После присоединения России к протоколу он вступил в силу, а наша страна, имеющая 25% мировых запасов леса, стала одной из главных «поставщиков» свежего воздуха в мире. США до сих пор не подписали этот документ.
Установлено, что повышение экономичности котлов и то поч ных ус т ройств в энер ге ти ке кор ре ля ци он -но свя за но с со кра ще ни ем эмис сии ток сич ных ок си -дов, сни же ни ем теп ло во го и хи ми че с ко го за гряз не -ния атмосферы и другими природоохранными эффектами, т.е. позволяет решать серьёзные экологи-че с кие за да чи.
В про мы ш лен но с ти ап ро би ро ва ны раз лич ные ме -то ды сни же ния ука зан ных вы бро сов, на при мер, пу -тём ступенчатого сжигания топлива, рециркуляции дымовых газов в топку котла, впрыска воды в зону го ре ния, хи ми че с кой очи ст ки ды мо вых га зов, (с по -мощью аммиака) или облучения газов электронными пуч ка ми.
Однако перечисленные методы и приемы, в опре-де лен ной ме ре сни жая вы бро сы ок си дов, ухуд ша ют эко но мич ность кот лов или весь ма слож ны в прак ти -че с ком ис поль зо ва нии, в осо бен но с ти в ко тель ных ус та нов ках ма лой и сред ней мощ но с ти.
нааииии
Новые технологии и изобретения
19 =
б)
Рис. 1. Структурная технологическая схема кондиционера дутьевого воздуха с совмещенными блоками охлаждения дымовьвс газов и подогрева воздуха (устройство КДВ):
а) 1 — кондиционер дутьевого воздуха, 2 — подогреватель, 3 — дымосос, 4 — дутьевой вентилятор, 5 — котел, 6 — подпиточная вода теплосети, 7 — рециркуляционный насос водяного
контура, 8 — подмешивание дымовых газов в дутьевой воздух;
б) 1 — корпус, 2 — керамическая теплообменная насадка, 3 — поддерживающая насадку
ре шет ка, 4 — рас пре де ли тель во ды
Вместе с тем представляется возможным в газифицированных промышленно-отопительных котельных при добавлении к действующим и вновь проектируемым котлам с дутьевыми вентиляторами и дымо-со са ми спе ци аль но го срав ни тель но про сто го и недорогого оборудования существенно, в 4,5-7 раз, сни зить об ра зо ва ние ок си дов азо та и од но вре мен но на 3-8% (в зависимости от вида тепловой сети) повысить коэффициент использования топлива. Особую актуальность это приобретает для г. Москвы, региональных и областных центров и других крупных городов, где расположено большое количество теплогенерирующих установок различного назначения.
Такой комплекс дополнительного оборудования и технологическая совместимость его с существующими котлоагрегатами и схемами котельных были разработаны в 80-х годах, он запатентован и сертифицирован в системе ГОСТ Р и получил условное название — кондиционер дутьевого воздуха (КДВ).
Исследование функциональных особенностей си-с те мы ути ли за ции теп ло ты ухо дя щих га зов и сни же -ния вы бро сов ок си дов азо та, вы пол нен ной с при ме не -ни ем КДВ, бы ло про из ве де но в те че ние ря да лет (1991-1995 гг.) на действующей КТС-11 Предприятия № 1 МГПО «Мостеплоэнерго». Комплекс КДВ был включен в штатной схеме котла КВГМ-20 и испытан на нагрузках 40-70%, которые наиболее ха-рак тер ны для ис точ ни ков теп ло ты в си с те мах цен т -ра ли зо ван но го теп ло снаб же ния.
Устройство и включение КДВ в тепловую схему котельной показано на рис. 1, 2.
Дутьевой хоподн. воздух
Рис. 2. Структурная технологическая схема кондиционера дутьевого воздуха с раздельными блоками охлаждения дымовых газов и подогрева воздуха:
1 — котел, 2 — дутьевой вентилятор, 3 — датчики температуры, 4 — подмешивание газов, 5 — байпас газов, 6 — сброс конденсата в ХВО сети, 7 — задатчик расхода пром. контура, 8 — насос охлажденной воды, 9 — носос горячей воды, 10 — регулятор расхода пром. контура, 11 — пром. цирку-ляц. контур, 12 — блок охлаждения газов, 13 — регулятор температуры РТ, 14 — блок подогрева воздуха, 15 — подогреватель подпитки сети, 16 — дымосос, 17 — дымовая труба, 18 — регулятор сброса конден., 19 — индикатор подмешивания газа, 20 — указатель расхода пром. контура, 21 — корректирующий шибер воздуха, 22 — шибер байпаса газов
иаавииа
Энергобезопасность в документах и фактах
Здесь основным элементом является аппарат КДВ-1, в котором за счёт теплоты уходящих газов котла осуществляется подогрев свежего наружного воздуха до 35-50°С с увлажнением до 35-85 г/кг. После такого кондиционирования для корректировки газового состава к нему подмешивается часть дымовых газов (до 10-12%), позволяющая догреть его на 3-5°С выше точки росы содержащихся в нем водяных паров. Подготовленная таким образом смесь пода ет ся к го рел кам кот ла.
Охлаждение дымовых газов и подогрев дутьевого воз ду ха про из во дит ся в са мо сто я тель ных бло ках кондиционера — блоке охлаждения дымовых газов и блоке подогрева воздуха, объединенных общим рециркуляционным водяным контуром с насосом 7 (на рис. 1а эти блоки совмещены в один вертикальный ап па рат).
Теплообменные насадки блоков выполнены из керамических колец Рашига (d=50 мм), что обеспечивает компактность конструкции кондиционера (площадь поперечного сечения 0,15 м2 на 1 Гкал/ч установленной мощности котла). Расход металла на изготовление КДВ для котлов мощностью от 10 до 100 Гкал/ч составляет в среднем от 4 до 15 т, причем, в си лу про сто ты кон ст рук ции КДВ они мо гут из го тов -лять ся на ре монт ных пло щад ках си ла ми пер со на ла котельных, поскольку относятся к оборудованию атмосферного типа.
Для глубокого охлаждения дымовых газов и, соответственно, более полного использования теплоты конденсации их водяных паров дополнительно осу-ще ств ля ет ся и по до грев под пи точ ной во ды теп ло вой сети в теплообменнике 2 (поверхностью 0,25 м2 на 1 Гкал/ч установленной мощности котла). В расчетном режиме температура газов на выходе из блока охлаждения составляет 35-40°С. С целью улучшения рассеивания дымовых газов в атмосфере к ним по бай пас ной ли нии под ме ши ва ют ся га зы не по сред ст -вен но из кот ла, что так же ис клю ча ет кон ден са цию во дя ных па ров в ды мо со се и ды мо вой тру бе и пре -дот вра ща ет кор ро зию их эле мен тов.
Описанный КДВ с насосом и теплообменником включается параллельно штатному оборудованию ко тель ной, что поз во ля ет вво дить его в экс плу а та -цию или отключать на ходу, без нарушения режима ра бо ты кот ла. Для пре до хра не ния ме тал ла КДВ от внутренней коррозии на поверхность его наносятся во до стой кие ан ти кор ро зи он ные по кры тия (на при -мер, эмаль 0С-12/03), достаточно эффективные до 150-200°С.
На рис. 1 показан КДВ с объединенными в единый вер ти каль ный ап па рат бло ка ми. С уче том спе ци фи -ки планировки котельных и местных особенностей размещения технологического оборудования их КДВ мо жет вы пол нять ся и с раз дель ны ми (раз не сен ны -ми) блоками (рис. 2).
Анализ данных и результаты опытно-промышленной эксплуатации установки на КТС-11 позволили сделать следующие выводы:
◊ в зависимости от режима работы котла КВГМ-20 эффективность подавления эмиссии оксидов азота с применением системы КДВ составляет 70-85% (рис. 3);
Рис. 3. Эффективность подавления образования оксидов азота котла КВГМ-20 при работе на газе с помощью КДВ-20
◊ одновременно с этим за счёт утилизации теплоты дымовых газов котла на 3,5-4,5% повышается КПД котла по сравнению с его штатной экономичностью;
◊ работа КДВ в составе котлоагрегата практически не вносит дополнительных усложнений в его эксплуатацию;
◊ система КДВ не требует специальной дорогой ав то ма ти ки и поз во ля ет об хо дить ся штат ным объёмом КИПиА котельных;
◊ использованные методы защиты оборудования КДВ от внутренней коррозии по технологии предприятия ГУП «Теплоэнергоремонт» (покраска полимерными составами ОС-12/03) достаточно эффективны;
◊ ка пи таль ные за тра ты и экс плу а та ци он ные расходы окупаются экономией топлива и денежных средств за природопользование менее чем за полугодие;
◊ материал, накопленный по итогам опытно-про-мы ш лен ной экс плу а та ции, поз во лил АО ОТ «ВТИ» (Всероссийский теплотехнический ин-сти тут) раз ра бо тать тех ни че с кие ус ло вия на из го тов ле ние и ти по раз мер ный ряд ана ло гич -ных ус та но вок для дру гих про из вод ст вен -но-ото пи тель ных ко тель ных, про ве с ти сер ти -фикацию КДВ (рис. 4).
нааииии
Новые технологии и изобретения
21 =
I
о
0 =г
1
0
¥ „ О) ГО
1 £.
2 * с 14 <тз Й н 10
<и о ^ ° ц_ ш О Ф
X -О О I-
ш >-
п 10 2 *
0-1______
с ^
О го с; с с н
(и О - ^ -I— * о_ СЕ
о.
(и
л;
0 г =г
о:
1
о
<и
о
6,2
кондиционер
Рис. 4. Типоразмерный ряд кондиционеров дутьевого воздуха
Блок подогрева
воздуха
3,2
Блок охлаж-
дения газов
3,0
0~а~0--Б
П-Д..Д-.Д
го а а а о
о гл а а а о
ш
т
о_
0)
го
го
о_
Районные тепловые станции РТС-4 «Малино» в г. Зеленограде и РТС «Бутово» в г. Москве с котлами
КВГМ-100-150 запроектированы с включением в технологические схемы котлов кондиционеров типа КДВ-100.
Список литературы
1. Патент РФ «Способ работы теплового агрегата» № (11) 1838719 (51) 5F23С11/00 (21) 5002177/06 (22) 19.07.91 (72).
2. Ляхов О.Г., Якимов О.Л., Варфоломеев Ю.М., Добротворцев Ю.М., Паньшин А.С., Бутузов Ю.А., Родионов В.П. Снижение вредных выбросов в атмосферу с утилизацией теплоты уходящих газов котлов в системах теплоснабжения//Промышленная знергетика. 1994. № 7.
3. Варфоломеев Ю.М. Высокоэффективный способ повышения экономичности и экологической безопасности газифицированных котельных. Известия Академии промышленной экологии. 1999. № 3.
4. Колесников А.И., Федоров М.Н., Варфоломеев Ю.М. Энергосбережение в промышленных и коммунальных предприятиях. Учебное пособие. М.: ИНФРА-М, 2005.
5. Кондиционер дутьевого воздуха для котлов систем теплоснабжения типа КДВ. Технические условия АООТ «Всероссийский научно-исследовательский теплотехнический институт» ТУ 1391-001-001129840-94. М.: АООТ «ВТИ», 1994.
вяавиив
