Отрасль: Металлургия

Расчёт эффективности применения рекуператоров производства «Термо Северный поток» на примере реализованных проектов.

Подогрев дутьевого воздуха за счет рекуперации тепла – эффективное решение для повышения энергоэффективности

Рекуператоры подогрева дутья – это высокотехнологичное оборудование, используемое в современных печных, котельных и вентиляционных системах. Их основная функция – утилизация тепла отходящих газов для предварительного нагрева подаваемого воздуха, что значительно повышает энергоэффективность установок.

Ключевые преимущества рекуператоров подогрева дутья

1. Экономия топлива

   • Снижение потребления энергоресурсов на 15–40% за счет повторного использования тепловой энергии.

   • Сокращение эксплуатационных расходов.

2. Экологическая эффективность

   • Уменьшение выбросов CO₂ и других вредных веществ благодаря снижению объемов сжигаемого топлива.

3. Повышение КПД системы

   • Увеличение общей эффективности тепловых агрегатов за счет полезного использования тепла уходящих газов.

4. Комфорт и стабильность температурного режима

   • Обеспечение стабильной подачи подогретого воздуха в помещения без дополнительных энергозатрат, что особенно важно в холодный период.

Экономическая целесообразность

Внедрение рекуператоров подогрева дутья обеспечивает быструю окупаемость (обычно 1–3 года) за счет:

• Снижения затрат на топливо.

• Уменьшения нагрузки на основное отопительное оборудование.

• Возможности использования в системах с различными температурными режимами.

Области применения и принцип работы

Где устанавливаются рекуператоры?

• Промышленные печи (металлургия, стекловарение, керамика).

• Котельные и ТЭЦ.

• Системы вентиляции и кондиционирования крупных зданий.

• Сушильные установки.

Технологическая схема работы:

1. Отвод тепла – горячие отходящие газы проходят через теплообменник.

2. Передача тепла – через стенки теплообменника энергия передается холодному дутьевому воздуху без смешения потоков.

3. Подача нагретого воздуха – подогретый воздух направляется в печь, сушилку или систему вентиляции, снижая потребление первичного топлива.

Критерии выбора рекуператора

При подборе оборудования необходимо учитывать:

• Тип теплообменника (пластинчатый, роторный, трубчатый).

• Температурный диапазон работы.

• Материалы исполнения (устойчивость к коррозии и высоким температурам).

• Производительность по воздуху и КПД теплообмена.

• Репутацию производителя и гарантийные условия.

Заключение
Установка рекуператоров подогрева дутья – это экономически выгодное и экологически ответственное решение, позволяющее оптимизировать энергопотребление, снизить эксплуатационные затраты и повысить эффективность тепловых процессов. Правильный выбор оборудования обеспечит долгосрочную и бесперебойную работу системы с максимальной отдачей.

Основные характеристики газовоздушных теплообменников

Газовоздушные теплообменники — это устройства, предназначенные для передачи тепла между газовой и воздушной средами. Они состоят из трубчатых элементов или пластинчатых структур, через которые протекают газы и воздух. Основным принципом работы таких теплообменников является теплообмен между двумя средами без их смешивания, что позволяет эффективно переносить тепловую энергию.

Газовоздушные теплообменники имеют ряд ключевых характеристик, определяющих их производительность и эффективность. Среди них можно выделить теплопроводность материалов, из которых изготовлены теплообменники, коэффициент теплоотдачи, гидравлическое сопротивление и геометрические параметры конструкции.

Применение газовоздушных теплообменников в промышленности

Газовоздушные теплообменники широко применяются в различных областях промышленности. Они используются в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, в производстве пищевых продуктов, в химической промышленности, а также в энергетике для охлаждения газовых турбин и других установок. Благодаря своей эффективности и надежности они позволяют обеспечить оптимальные условия работы оборудования и снизить энергопотребление.

Газовоздушные теплообменники являются важным звеном в инженерных и конструкторских решениях, где необходимо эффективно передавать тепло и обеспечивать оптимальные условия работы технических систем. Их применение позволяет повысить производительность оборудования, улучшить его энергетическую эффективность и продлить срок его службы.

Газовоздушные теплообменники являются неотъемлемой частью современной инженерии и конструирования, обеспечивая эффективную передачу тепла в различных технических системах. Их применение позволяет повысить эффективность работы оборудования и обеспечить комфортные условия в зданиях и производственных помещениях.

В итоге, газовоздушные теплообменники играют важную роль в современной инженерии и конструкции, обеспечивая эффективную передачу тепла и обеспечивая оптимальные условия работы технических систем. Их применение позволяет значительно улучшить энергетическую эффективность оборудования и снизить потребление энергии, что делает их необходимыми элементами в различных областях промышленности.

Россия богата природными ресурсами: запасов нефти, газа и угля у нас достаточно. Однако существует еще один ресурс – энергоэффективность. Запасы этого ресурса в нашей стране огромны – в общей сложности Россия может сэкономить 45% своего первичного потребления энергии, что примерно равно общему объему энергопотребления Франции.

Зачем экономить энергоресурсы? Во-первых, очевидно, это прямая экономия денежных средств на закупку энергоносителей. Во-вторых, энергоэффективность – это признанное во всем мире лекарство для оздоровления экологии, и в том числе предотвращения глобального изменения климата. Чем меньше энергоресурсов используется, тем, например, меньше парниковых газов попадает в атмосферу. Поэтому политика экономии энергоресурсов выгодна и государству, и бизнесу, и каждому отдельно взятому человеку.

Энергосберегающие мероприятия позволяют значительно сократить затраты на энергоносители и тем самым положительно влиять на техническо-экономические показатели работы предприятия или производства. Это ведёт к увеличению рентабельности и улучшению конкурентоспособности выпускаемой продукции за счет снижения её себестоимости.

Энергосбережение на предприятиях может идти по следующим направлениям:

• экономия энергоресурсов;
• увеличение энергетической эффективности производственных процессов;
• вторичное использование энергии процессов.

Мероприятия по экономии энергоресурсов, в основном, заключаются в сокращении времени «тёплых» простоев оборудования, сокращении количества и времени режимов пуска-останова и т.п.

Увеличение энергетической эффективности производственных процессов – это, в первую очередь, сокращение потерь энергии. Например, применение оборудования с наиболее высоким КПД, устранение утечек энергоносителей, а также сокращение утечек энергии, в частности, тепловой.

Предприятие «Термо-Северный поток» предлагает оборудование для, пожалуй, самого эффективного направления энергосбережения – вторичного использования тепловой энергии процессов.

Тепло газа, нагретого в процессе того или иного производства, зачастую либо используется неэффективно, либо не используется вообще, и нагретый газ выбрасывается в атмосферу. Это приводит к колоссальным энергетическим потерям в объемах предприятия, а также определяет различные проблемы экологического характера. Плюсом рекуперации является экономия энергии, и, как следствие, экономия средств на эксплуатацию системы, в которую внедряется рекуперативное оборудование. Иногда, когда имеется ограничение в возможном объеме потребляемой энергии и установить мощную обогревательную систему невозможно, использование рекуператора является хорошим решением задачи.

Основным элементом системы рекуперации тепла является оребрённо-пластинчатый теплообменник, через который проходит горячий и холодный теплоносители. В качестве горячего теплоносителя могут выступать как продукты сгорания (природный газ, дизельное топливо, мазут, кокс, уголь и т.п.), так и газы различной конфигурации и состава, используемые в технологических процессах газового, нефтяного, химического производства и т.д.
Теплота отходящих газов непрерывно передаётся нагреваемому холодному теплоносителю через стенку, разделяющую среды, обеспечивая, в среднем, рекуперацию тепла от 15 до 60%. В случае установки нескольких теплообменников, общая эффективность системы может составить до 85%.

В процессе рекуперации, за счет конструкции предлагаемого оборудования, взаимодействующие теплоносители не смешиваются, поэтому молекулярный состав теплоносителей не изменяется, что позволяет исключить дополнительные затраты на оборудование по осушке и очистке газов от нежелательных примесей.

Инженерная составляющая таких систем достаточно простая и позволяет реализовать рекуперацию тепла, как на проектируемых объектах, так и на уже смонтированных и запущенных в эксплуатацию.

Возможны следующие варианты вторичного использования теплоты процессов, в зависимости от фазового состояния «горячего» теплоносителя:

Использование тепла отходящих газов:

• возвращение тепла в рабочий процесс (рекуперация),
• нагрев воздуха или рабочих газов для использования в технологических процессах,
• подогрев приточного воздуха в системе вентиляции или теплофикационной воды (отопление),
• нагрев приточного воздуха в сушилки, камеры полимеризации окрасочных линий и пр.,
• нагрев воды для горячего водоснабжения (ГВС),
• подогрев воды в системе водоподготовки – перед очисткой, обессоливанием и т.п.,
• для генерации пара – для использования в тех. процессах предприятия, в системах отопления или генерации энергии с помощью паровых турбин,
• нагрева рабочего тела газотурбинных установок  ГТУ (генерация электроэнергии, компрессорные установки).

Использование тепла сбросной воды, «мятого» пара:

• нагрев воздуха или рабочих газов для использования в технологических процессах,
• подогрев приточного воздуха в системе вентиляции (отопление),
• нагрев сыпучих материалов перед их обработкой (например, пластиковых гранул);

Использование тепла остужаемых сыпучих материалов (литейного песка, строительных материалов, гранул удобрений, пищевых материалов):

• подогрев теплофикационной воды (отопление),
• подогрев воды для горячего водоснабжения (ГВС),
• генерация пара низкого давления – для использования в тех. процессах предприятия, в системах отопления.

При этом необходимо понимать, что применение отдельных вариантов вторичного использования теплоты зачастую ограничено, например, тепла на обогрев помещений не требуется больше, чем нужно, поэтому максимально эффективным способом является совместное применение нескольких вариантов. При этом, теплоиспользующее оборудование может применяться как последовательно, так и параллельно друг другу.

Одним из самых ярких примеров является сталелитейное производство, в частности нагревательные печи, – в связи с тем, что стальные заготовки необходимо греть до температур порядка 10001100 °С, температура отходящих газов имеет близкие температуры. Таким образом, «в трубу» вместе с нагретыми газами будут вылетать десятки, а то и сотни мегаватт энергии, а это сожжённые «впустую» десятки, сотни или даже тысячи кубометров в час газообразных энергоносителей (например, природного газа) или тонны в час жидких или твёрдых энергоносителей.

Традиционно за нагревательными печами устанавливаются рекуператоры, в которых тепло отходящих газов передаётся воздуху, идущему на горение. Таким образом, часть теплоты возвращается в печь, позволяя сжигать меньше энергоносителей. Чем выше температура нагрева воздуха на горение, тем больше теплоты возвращается и тем больше экономия топлива. Правда, с ростом температуры воздуха на горение, скорость роста стоимости системы рекуперации превышает скорость роста экономии топлива, что приводит к более долгой окупаемости её внедрения, зато, с учётом низкой стоимости эксплуатации системы рекуперации, сильно растёт суммарная экономия за срок службы. Более наглядно это представлено на графике.

Зависимость срока окупаемости рекуператора и экономии за 10 лет от температуры нагрева воздуха*

Максимально эффективного использования топлива можно достичь при использовании конденсационного ТО в составе установок, сжигающих природный газ. Дело в том, что природный газ в основном состоит из метана и в продуктах его сгорания содержится большое количество водяного пара (1619%):

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Фазовые переходы – очень энергоёмкие процессы: для полного испарения воды, нагретой до 100 °С (температуры кипения при нормальных условиях), требуется примерно в 5 раз больше энергии, чем для нагрева этого количества воды с 0 до 100 °С. Наоборот, конденсируясь из пара в жидкость, вода отдаёт такое же количество энергии.

При использовании каскадной системы утилизации тепла можно достичь значения топливной эффективности (коэффициента использования топлива, топливного КПД) 9092%.

Ниже приведены примеры использования рекуператоров производства ООО «ТермоСеверный поток».

1. Побужский ферроникелевый комбинат

Рекуператоры ОПТ установлены на трубчатых вращающихся печах для плавки никелевой руды (Украина). Характеристики печей:

• печь непрерывного действия,
• температура дымовых газов 326 С,
• температура нагретого воздуха 280 С,
• расход  дымовых газов 95 000 Нм3/ч,
• расход  воздуха на горение 42 000 Нм3/ч,
• запыленность до 150 гр/Нм3,
• топливо – природный газ.

Эффект применения:

•  достигнуты технические параметры, соответствующие ТЗ,
•  достигнута экономия потребления топлива (природного газа) 736 м3/ч на каждой из печей.

2. Северсталь

Рекуператор ОПТ  установлен на замену существующего, малоэффективного трубчатого петлевого рекуператора с условием сохранения обвязки (подводящих магистралей). Характеристики печи:

• металлопрокатный стан,
•  печь непрерывного действия,
•  температура дымовых газов 900 С,
•  температура нагретого воздуха 412 С (температура нагретого воздуха после заменяемого рекуператора 150С),
•  расход дымовых газов 19 100 Нм3/ч,
•  расход воздуха на горение 17 500 Нм3/ч,
•  топливо – природный газ.

Эффект применения:

• достигнуты технические параметры, соответствующие ТЗ,
•  достигнуто сохранение существующей системы воздухо и газоходов,
•  достигнута экономия потребления топлива (природного газа) 185 м3/ч.

3. Режникель

Рекуператор ОПТ  установлен на шахтной печи плавки никелевой руды. Характеристики печи:

•  печь периодического действия,
•  температура дымовых газов 900 С (проектная), 500 С (фактическая),
•  температура нагретого воздуха 300 С,
•  расход дымовых газов 145 000 Нм3/ч,
•  расход воздуха на горение 65 000 Нм3/ч,
•  запыленность до 150 гр/Нм3,
•  топливо – кокс.

Эффект применения:

• при температуре дымовых газов 500 С достигнута экономия кокса на 1 тонну рудноподсушенного сырья относительно удельных расходов кокса за предыдущий период – 17%,
• при температуре дымовых газов 900 С (проектная величина) данные по эффективности на сегодняшний день не доступны ввиду не достижения печными агрегатами проектной температуры.