Мамедов Александр Нусратович, главный специалист ООО «Нефтегазмонтаж»
г .Ташкент тел. Моб. +998946351672.
e-mail: mamedov_46@mail.ru.
Аннотация. В статье даются обзор, систематизация и анализ проблемы связанной с утилизацией тепла на заводе.Подробно описаны процессы конструирования утилизатора,описаны современные ORC-установки.
Ключевые слова: утилизация тепла,утилизатор, змеевиковый утилизатор,радиантный змеевик,конвективный змеевик, дымовые газы,печь дожига,высокотемпературные тепловые вторичные энергетические ресурсы (ВЭР)
Побудительными мотивами утилизации тепла отходящих газов является стремление наиболее полно удовлетворить потребности в энергии не путем ввода дополнительных мощностей, а за счет энергосбережения.
Однако,при большом количестве разработок и авторских свидетельств по конструкциям утилизаторов, в серийном производстве находятся отдельные утилизаторы, не позволяющие в широком масштабе использовать рационально потенциальную теплоту уходящих дымовых газов.
Практически все огнетехнические процессы генерируют такие газы, которые могут использоваться непрерывно в большинстве производств. Тепло отходящих газов является важной составляющей энергетического баланса и может быть использовано как для технологических, так и для энергетических целей, например, в утилизаторах.
Для более широкого применения высокотемпературных тепловых вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) необходимо разрабатывать новые методы утилизации и совершенствовать существующие конструкции. В частности, теплота уходящих высокотемпературных газов от мощных промышленных установок может быть использована паротурбинными установками, интегрированными в технологическую цепочку утилизатора для выработки электроэнергии.
Утилизация тепла отработанных газов является одним из эффективных способов экономии ресурсов и получения дополнительной тепловой энергии для промышленных нужд . Например, на газоперерабатывающих заводах, при очистке природного газа от сероводорода и серы, технологические газы после последней ступени конденсации серы направляются в печь дожига. В этой печи происходит сжигание непрореагировавшего сероводорода и сероводородсодержащего газа, в результате чего образуется диоксид серы, который выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. Для поддержания температуры в топке на уровне 500-550°С используется дополнительное сжигание топливного газа.
Дымовые газы, образующиеся при этом, содержат значительное количество тепла. Для полной рекуперации этой тепловой энергии и достижения двойного эффекта – защиты окружающей среды и энергосбережения – необходимо внедрить техническую схему, в которой парогенератор, использующий тепло утилизированных газов, будет вырабатывать электроэнергию. Учитывая большие объемы и высокую температуру дымовых газов, а также потребность производства в недорогой электроэнергии, было предложено спроектировать и построить установку утилизации тепла отходящих газов по следующей схеме: после печи дожига газов установить утилизатор тепла дымовых газов для снижения их температуры и использования утилизированного тепла для выработки пара, питающего паротурбинную электростанцию. Высокотемпературный дымовой газ, прошедший полное сгорание в камере сгорания, подается в парогенератор для охлаждения и рекуперации тепла, образуя насыщенный пар с давлением 1,0 МПа и температурой 180 °С, который используется для питания турбогенератора электростанции.
Преобразуя остаточную тепловую энергию в электрическую, можно передавать ее потребителям на достаточно большие расстояния.Кроме того, появляется возможность отказаться от приобретения электроэнергии из сети, что обеспечивает дополнительную прибыль.
Первым шагом в реализации этого проекта является выбор подходящего утилизатора тепла дымовых газов.
Система рекуперации отходящего тепла предназначена для выработки перегретого пара для комбинированного цикла и производства насыщенного пара низкого давления для собственных нужд электростанции. Поверхность нагрева утилизатора состоит из пароперегревателя, испарителя, экономайзера и подогревателя питательной воды. Для достижения проектной выработки пара необходимо оборудовать утилизатор секцией экономайзера для дальнейшего поглощения низкой энергии отходящих газов питательной водой.
Для утилизации тепла дымовых газов после печи дожига был выбран кожухотрубный змеевиковый утилизатор тепла отработанных газов. В данном утилизаторе змеевики радиационного теплообменана для образования и перегрева пара расположены после конвекционных труб с основным технологическим потоком.
Было разработано уникальное и инновационное решение для газоперерабатывающего завода - создание утилизатора отходящих дымовых газов с получением большого объема пара для пароснабжения нужд завода и для получения дополнительной электроэнергии, используя конструкцию, очень знакомую и хорошо себя зарекомендовавшую на - серийную трубчатую печь.
Не меняя общей концепции, с помощью относительно небольших изменений введеных в серийную конструкцию, нам удалось решить проблему завода, в утилизации больших объёмов тепла с уходящими газами,улучшить состав дымовых выбросов, попутно обеспечивая его независимым, надежным и экономически выгодным пароснабжением и электрической энергией.
Это позволило значительно увеличить производительность и эффективность работы завода.Предложение конструкторской переделки печи в утилизатор тепла, парогенератор, оказалась неожиданной, но имеет ближайшего аналога на Бакинском НПЗ имени Гейдара Алиева,на котором путем успешной реконструкции существующей технологической трубчатой печи П-2 , получают до 40 тонн пара в час при давлении 1,0...1,4 МПа.При этом включили в схему производства пара существующий блок утилизации тепла дымовых газов от печей атмосферно – вакуумной установки.
Наша команда специалистов,монтажников, хорошо знает трубчатые печи,не раз приходилось их проектировать, возводить и ремонтировать на заводах. Детально изучила их конструкцию печи и вместе с учёными проектного института разработала индивидуальный проект утилизатора, учитывающий особенности рекуперации тепла на заводе.
Проектирование утилизатора.
Основным документом для разработки проекта утилизатора является техническое задание, оформленное в соответствии с ГОСТ Р 15.201. При разработке технического задания рекомендуется учитывать исходные требования Заказчика и опросный лист, содержащий следующую информацию:
Полное наименование установки, организации-владельца и место расположения;
Технологическое назначение установки;
Тип установки;
Полная характеристика нагреваемых продуктов (фракционный состав по ИТК, наличие и содержание коррозионно-опасных компонентов, температура и давление на входе и выходе из печи, а также требуемая доля отгона продукта на выходе из установки при фиксированных входных параметрах);
Полная характеристика используемого топлива (жидкого и газообразного), включая содержание вредных примесей;
Допускаемое минимальное значение КПД установки;
Потребность в пароперегревателе и параметры пара на входе и выходе из аппарата (расход, температура и давление);
Необходимость подачи пара или другого турбулизатора в змеевик;
Потребность в воздухоподогревателе;
Тип системы пожаротушения (водяной пар, азот или др.);
Тип системы очистки наружной поверхности конвективных змеевиков и её расположение;
Количество и расположение штуцеров пожаротушения;
Расположение штуцеров для датчиков контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИА);
Расположение воздушных и дренажных штуцеров;
Расположение и размеры площадок обслуживания, маршевых лестниц и ограждений;
Габаритные размеры установки с учетом вспомогательного оборудования (дымососы, вентиляторы, отдельно стоящие дымовые трубы, выносные секции воздухоподогревателей и прочее) и специфические требования.
Утилизатор состоит из камер радиации и конвекции. В камере радиации, куда поступают высокотемпературные газы, размещена радиантная поверхность (экран), поглощающая тепло в основном за счет радиации. Обычно большая часть (60-80%) используемого тепла передается в радиационной секции, а остальное – в конвективной.
В камере конвекции, расположенной последовательно выше, находятся трубы, воспринимающие тепло главным образом путем конвекции – при соприкосновении дымовых газов с поверхностью нагрева. Холодная вода последовательно проходит через конвекционные и радиантные трубы и поглощает тепло. При этом радиантная поверхность воспринимает большую часть тепла, выделяемого при сгорании топлива. Тепло эффективно передается излучением при охлаждении дымовых газов.
Снижение температуры дымовых газов до более низких значений часто бывает экономически нецелесообразным, так как при этом радиантная поверхность работает с пониженной теплонапряженностью поверхности нагрева. Эффективность теплопередачи конвекцией в меньшей степени зависит от температуры дымовых газов, поэтому такой способ теплопередачи используется, когда передача тепла излучением недостаточно эффективна. Таким образом, конвекционная поверхность использует тепло дымовых газов и обеспечивает их охлаждение до температуры, при которой величина коэффициента полезного действия аппарата будет экономически оправданной и безопасной для сброса газов в дымовую трубу. Основными показателями, характеризующими работу утилизатора, являются полезная тепловая нагрузка, теплонапряженность поверхности нагрева и топочного пространства, а также коэффициент полезного действия печи.
Важнейшей характеристикой утилизации является полезная тепловая нагрузка, т.е. количество тепла, воспринимаемого водой в змеевиках (кВт или кДж/ч). Важным показателем работы утилизатора также является теплонапряженность поверхности нагрева, или плотность теплового потока, т.е. количество тепла, переданного через 1 м2 поверхности нагрева в единицу времени (Вт/м2).
Конвективная секция предназначена для использования физического тепла продуктов сгорания, выходящих из радиационной секции обычно с температурой 350-500°С, при экономически приемлемой температуре нагрева. Величина конвективной секции, как правило, подбирается с таким расчетом, чтобы температура продуктов сгорания, выходящих в боров, была примерно на 150°С выше, чем температура нагреваемых веществ при входе в печь. Поэтому тепловая нагрузка труб в конвективной секции меньше, чем в радиационной, что обусловлено низким коэффициентом теплоотдачи со стороны дымовых газов.
Описание работы утилизатора.
Утилизатор работает следующим образом.Газы сгорания из печи дожига поступают в камеру конвекции, затем последовательно,направляются в радиационную камеру, затем в дымоход и по дымовой трубе уходят в атмосферу.
Вода одним или несколькими потоками поступает в трубы конвективного змеевика, проходит трубы экранов камеры радиации и нагретый до необходимой температуры, выходит из печи.
Тепловое воздействие на исходные материалы в рабочей камере печи, является одним из основных технологических приемов, ведущих к получению заданных целевых продуктов.
Главной частью трубчатой печи является радиационная секция.
Передача тепла в радиационной секции осуществляется преимущественно излучением, вследствие высоких температур газов в этой части утилизатора.
Тепло, переданное в этой секции конвекцией, является только небольшой частью от общего количества переданного тепла, т. к. скорость газов, движущихся вокруг труб, большей частью определяется только местной разностью удельных весов газов, и передача тепла естественной конвекцией не значительна.
Тепло выделившееся при горении в печи дожига, за счет радиацонного излучения, газы передают тепло трубам радиационной секции, поглощается трубами радиационной секции, создающими так называемую поглощающую поверхность. Поверхность футеровки радиационной секции создает так называемую отражающую поверхность, которая (теоретически) не поглощает тепла, переданного ей газовой средой печи, а только излучением передает его на трубчатый змеевик. 60...80% всего используемого тепла в печи передается в камере радиации, остальное — в конвективной секции.
Температура газов, выходящих из радиационной секции, обычно достаточно высока, и тепло этих газов можно использовать далее в конвективной части печи.Трубы радиантной камеры могут иметь или вертикальное расположение, или быть горизонтально-расположенными и навитыми по спирали.
Камера конвекции служит для использования физического тепла продуктов сгорания, выходящих из радиационной секции обычно с температурой 500...600оС. В камере конвекции тепло к сырью передается в основном конвекцией и частично излучением трехатомных компонентов дымовых газов.
Величина конвективной секции, как правило, подбирается с таким расчетом, чтобы температура продуктов сгорания, выходящих в боров, была почти на 150 °С выше, чем температура нагреваемых веществ при входе в утилизатор. Поэтому тепловая нагрузка труб в конвективной секции меньше, чем в радиационной, что обусловлено низким коэффициентом теплоотдачи со стороны дымовых газов. С внешней стороны иногда эти трубы снабжаются добавочной поверхностью - поперечными или продольными ребрами, шипами и т.п.
Нагреваемая вода проходит последовательно сначала по змеевикам камеры конвекции, а затем направляется в змеевики камеры радиации. При таком противоточном движении сырья и продуктов сгорания топлива наиболее полно используется тепло, полученное при его сжигании.
Утилизатор выполнен вертикальным, цилиндрическим с пристенным расположением труб змеевика в одной камере радиации и свободного вертикально-факельного сжигания комбинированного топлива.
Цилиндрическая камера радиации установлена на столбчатом фундаменте для удобства обслуживания газовых горелок, размещенных в поду печи. Радиантный змеевик собран из вертикальных труб на приваренных калачах; в центре пода печи установлена газомазутная горелка. Змеевики упираются на под печи, вход и выход продукта осуществляется сверху.
Радиантный подвесной змеевик состоит из труб, расположенных у стен цилиндрической камеры. Настенные радиантные трубы размещены в один ряд и имеют одностороннее облучение.
Конвективный змеевик, набирают секциями и размещают в кольцевой камере конвекции, расположенной соосно с цилиндрической радиантной камерой.
В состав проекта разработчика утилизатора должно входить задание на строительную часть проекта на разработку проекта фундаментов под утилизатор, включающее следующую информацию:
- количество и расположение фундаментных опор;
- размеры фундаментных опор;
- размеры и размещение фундаментных болтов;
- реакции на все виды статических и динамических нагрузок, включая ветровую и сейсмическую: усилия и моменты от нагрузок.
Разработчик составляет также задание на проект автоматизации производственных процессов утилизации,технологически увязанных с печью дожига.
Составление задания на проект автоматизации производственных процессов утилизации, увязанных с печью дожига:
Разработчик утилизатора должен предоставить следующую информацию для проекта автоматизации:
Перечень контролируемых параметров:
Температура дымовых газов на входе и выходе из конвективной секции.
Температура воды на входе и выходе из конвективной секции.
Давление воды в конвективном змеевике.
Расход воды через конвективный змеевик.
Содержание O2, CO, NOx, SOx в дымовых газах (для контроля эффективности сжигания).
Температура поверхности труб.
Перечень регулируемых параметров:
Расход топлива в горелку печи дожига (для поддержания заданной температуры дымовых газов на входе в утилизатор).
Расход воды через конвективный змеевик (для поддержания заданной температуры воды на выходе).
Расход воздуха в печь дожига (для оптимизации процесса горения).
Перечень сигналов аварийной защиты:
Высокая/низкая температура дымовых газов.
Низкий расход воды.
Высокое давление в змеевике.
Повышенное содержание опасных веществ в дымовых газах.
Требования к системе управления:
Тип контроллера (PLC, DCS).
Интерфейс оператора (HMI).
Протоколы связи (Modbus, Profibus и т.д.).
Требования к резервированию.
Описание алгоритмов управления:
Поддержание заданной температуры воды на выходе из утилизатора.
Оптимизация процесса сжигания в печи дожига.
Аварийное отключение оборудования.
Спецификация оборудования:
Типы и характеристики датчиков.
Типы и характеристики исполнительных механизмов (клапаны, заслонки и т.д.).
Предоставление такой информации позволит разработчикам системы автоматизации создать эффективную и безопасную систему управления утилизатором, обеспечивающую его оптимальную работу и интеграцию с печью дожига.
Технологическая схема утилизатора и печи дожига.
1. Общее описание системы:
Система состоит из двух основных частей: печи дожига и утилизатора тепла.
Печь дожига служит для сжигания отходящих газов или отходов производства.
Утилизатор тепла служит для использования тепла отходящих газов из печи дожига, в данном случае для нагрева воды и получения пара.
Каждая система утилизации тепла технологических газов, проектируется в точном соответствии с индивидуальными требованиями Заказчика и имеет набор
конструктивных элементов, специально разработанных с учетом конкретных условий работы и назначения.
Конкретные технологические схемы могут включать различные сочетания следующего оборудования. Кроме основных единиц оборудования существует ряд вспомогательных единиц оборудования:
перегреватели пара (с одной или двумя ступенями нагрева)
паросборные барабаны
бойлеры для подогрева питательной воды,
накопитель обратного конденсата,
подогреватель воздуха,
блок вентиляторов с линией воздуха,
циркуляционные насосы принудительной подачи воды,
блок подготовки топливного газа,
блок подготовки сжигаемых газов,операторная и т.д.
Все перечисленное оборудование необходимо разместить на территории установки утилизатора в соответствии с генпланом.
Пример упрощенного описания потоков:
1. Отходящие газы поступают в печь дожига.
2. В печи дожига происходит сжигание газов с помощью горелки с добавлением топлива и воздуха.
3. Горячие дымовые газы поступают в радиационную камеру утилизатора.
4. В камеру противотоком поступает подогретая в конвекционной камере вода.И здесь вода окончательно нагревается и превращается в пар.
5. Далее дымовые газы поступают в конвекционную камеру, где вода поступает противотоком в утилизатор и нагревается до требуемой температуры.
6. Пар требуемых параметров выходит из утилизатора и порступает в паровой турбогенератор который раскручивает электрогенератор и отправляет электроэнергию постоянному потребителю.
Охлажденные дымовые газы, доведенные по химическому составу и температуры до безопасных параметров отводятся в дымовую трубу и выбрасываются в атмосферу.
Необходимо выполнить технологическую схему с учетом всех подробностей сложного процесса утилизации,с автоматизацией производственных процессов, с учетом безопасности процесса,увязанной с процессом дожига отходящих газов, а также с процессом вырабатываемой электроэнергии. Учитывая объемы утилизации,высокую температуру газа утилизации,характер и ответственность действующего производства - это самый сложный и квалифицированный этап проекта.
Дополнительные факторы, которые следует учитывать:
· Загрязнение поверхности нагрева: В процессе эксплуатации на поверхности труб может образовываться нагар и отложения, что увеличивает термическое сопротивление и снижает эффективность теплопередачи. Необходимо предусматривать системы очистки (обдув паром, механические щетки и т.д.).
· Коррозия: Особое внимание следует уделять выбору материалов труб, стойких к коррозионному воздействию дымовых газов и используемого теплоносителя.
· Гидравлический расчёт: Необходимо убедиться, что потери давления в змеевике соответствуют требуемым значениям.
· Прочность: Необходимо проверить трубы на прочность при рабочих температурах и давлениях.
Составление задания на проект автоматизации производственных процессов утилизации, увязанных с печью дожига:
Разработчик утилизатора должен предоставить следующую информацию для проекта автоматизации:
1. Перечень контролируемых параметров:
o Температура дымовых газов на входе и выходе из конвективной секции.
o Температура воды на входе и выходе из конвективной секции.
o Давление воды в конвективном змеевике.
o Расход воды через конвективный змеевик.
o Содержание O2, CO, NOx, SOx в дымовых газах (для контроля эффективности сжигания).
o Температура поверхности труб.
2. Перечень регулируемых параметров:
o Расход топлива в горелку печи дожига (для поддержания заданной температуры дымовых газов на входе в утилизатор).
o Расход воды через конвективный змеевик (для поддержания заданной температуры воды на выходе).
o Расход воздуха в печь дожига (для оптимизации процесса горения).
3. Перечень сигналов аварийной защиты:
o Высокая/низкая температура дымовых газов.
o Низкий расход воды.
o Высокое давление в змеевике.
o Повышенное содержание опасных веществ в дымовых газах.
4. Требования к системе управления:
o Тип контроллера (PLC, DCS).
o Интерфейс оператора (HMI).
o Протоколы связи (Modbus, Profibus и т.д.).
o Требования к резервированию.
5. Описание алгоритмов управления:
o Поддержание заданной температуры воды на выходе из утилизатора.
o Оптимизация процесса сжигания в печи дожига.
o Аварийное отключение оборудования.
6. Спецификация оборудования:
o Типы и характеристики датчиков.
o Типы и характеристики исполнительных механизмов (клапаны, заслонки и т.д.).
Предоставление такой информации позволит разработчикам системы автоматизации создать эффективную и безопасную систему управления утилизатором, обеспечивающую его оптимальную работу и интеграцию с печью дожига , производством и потреблением электроэнергии.
Научно-технические исследования для уточнения исходных параметров процесса для составления технического задания и технологической схемы всей установки.
.Необходимо провести комплексные обследования печей дожига кислых газов, трубчатых печей вертикально-факельного типа,на заводе.Результаты обследований могут послужить руководством для оптимизации работы печей и их реконструкции.
Отходящие газы, образующиеся при дожиге отходящих газов в печи дожига, обладают мощным потенциалом утилизации тепла. В зависимости от температуры на выход ной стороне газохода и эффективности регулирования подсоса воздуха большая часть этой энергии может быть утилизирована. Количество энергии отходящих газов и величины, обычно оценивают не по результатам прямых измерений. Это связано с тем, что цехи не располагают надежной системой измерения температуры и объемов отходящих газов.В поисках надежного решения этой проблемы специалисты рассмотрели различные варианты; содержание энергии в отходящих газах определяли, основываясь на подводимой энергии с помощью баланса масс и энергии. Данные о параметрах отходящих газов обычно труднодоступны, однако в то же время цеха располагают точными данными о подаче газов и энергии в систему дожига. На основе математических моделей, разработанных технологи рассчитали подробный массово- энергетический баланс, позволивший получить достаточно точные количественные характеристики содержания энергии в отходящих газах для конкретной печи дожига. При сопоставлении результатов расчетов, практических измерений и повторных пересчетов, выполненных после проведения измерений , получили высокую сходимость.Для того, чтобы определить, какая часть тепловой энергии, указанной в приведенных выше показателях, может быть извлечена в системах утилизации тепла, необходимо кратко охарактеризовать основные особенности технологии утилизации тепла.
Утилизация тепла промышленных печей (независимо от типа печей) подразумевает в первую очередь производство пара.При водоохлаждаемым газоходом для утилизации тепла отходящих газов связано с чрезвычайной важностью извлечения тепловой энергии утилизирующего тепловую энергию, является одной из опций. Поток отходящих газов при температурах ниже 600 о С не повреждает детали из малоуглероди стых сталей, поэтому для утилизации тепловой энергии отходящих газов можно использовать U-образные охладители установки. Почти в любом случае можно избежать потребности в перегретом паре, и экономически более целесообразно вырабатывать электрическую энергию.Аккумулирование пара в буферных системах для его непрерывной подачи является общепринятой практикой, но с одной оговоркой. Аккумулирование пара не представляет проблемы, однако невозможно аккумулировать перегретый пар.Пар невозможно перегреть в присутствии жидкой фазы, а метод скользящего давления накапливает энергию отходящих газов в воде, и потом эта энергия может быть высвобождена в виде пара на стадии уменьшенного поступления энергии в систему. Все это всегда происходит в присутствии воды.Следует избежать перегретого пара и воспользоваться экономически более привлекательной опцией, предполагающей выработку электроэнергии с помощью ORC- турбины.
Исключение потребности в перегретом паре. Альтернативой первому варианту является выработка электрической энергии без использования перегретого пара. Это не означает использования паровых турбин, работающих на насыщенном паре, так как подобные турбины имеют весьма низкую эффективность — примерно 10 %. Альтернативой служат ORC-турбины (ORC-organic Rankine cycle), исполь зующие цикл Ренкина на органическом теплоносителе. Такие турбины получили широкое распространение на энергетических установках, использующих биомассу или энергию сжигаемых отходов. Основным преимуществом при использовании в промышленных установках утилизации тепла является замкнутый цикл турбины, в которой используется органическая рабочая жидкая среда. Пар отдает тепло через теплообменник простой конструкции. Основным отличием ORC- установок является использование в качестве рабочего тела органического вещества — хладагента (фреоны R245fa и R1233zd) или иного углеводорода (н-пентан, изопентан, циклопентан и др.), имеющего низкую температуру кипения.Проходя через кожухотрубный теплообменник (испаритель), органическое вещество (хладагент) в жидком агрегатном состоянии отбирает тепло у горячей воды, водяного пара . В результате теплопередачи оно закипает и переходит в газообразное агрегатное состояние. Образовавшийся пар поступает в турбину,связанную кинематически с электрогенератором. Эффективность предлагаемого решения - в конкурентных преимуществах применяемых технологий: глубокой утилизации (ГУ) обеспечивает низкую себестоимость отпускаемой тепловой и электроэнергии и тем самым -
конкурентоспособность и рентабельность проекта. Уменьшение температуры газовых выбросов, а также присутствие в них водяных паров нейтрализует вредное воздействие оксидов азота, делает процесс экологически чистым.
Применение ORC-модуля расширяет возможности и границы утилизации, позволяет утилизировать среднепотенциальное тепло продуктов сгорания.
Проходя через кожухотрубный теплообменник (испаритель), органическое вещество (хладагент) в жидком агрегатном состоянии отбирает тепло у горячей воды, водяного пара или термомасла. В результате теплопередачи оно закипает и переходит в газообразное агрегатное состояние. Образовавшийся пар поступает в турбину.
В турбине пар расширяется и воздействует на лопатки, закрепленные на диске ротора. В результате он начинает вращаться. Ротор закреплен на одном валу с генератором, благодаря которому кинетическая энергия вращательного движения преобразуется в электрическую. В модульных ORC-установках, выпускаемых компанией TICA, используются асинхронные генераторы, в стационарных — синхронные. Поскольку, проходя через турбину, пар расширяется, его давление и температура на выходе из нее снижаются. Для того чтобы органическое вещество снова вернулось в жидкое агрегатное состояние, используется конденсатор, в качестве которого применяется кожухотрубный теплообменник. В этом агрегате пар с низким давлением отдает свое тепло охлаждающей воде, поступающей из градирни, и вновь превращается в жидкость, после чего с помощью циркуляционного насоса закачивается в теплообменник-испаритель. Данный цикл непрерывно повторяется в течение всего срока службы ORC-энергоустановки
ORC-энергоустановка
2. Энергоустановки, работающие в соответствии с органическим циклом Ренкина, имеют довольно простую конструкцию и характеризуются высокой надежностью. Они не нуждаются в частом техническом обслуживании, ремонтопригодны, при этом межремонтный интервал у них достаточно велик.
3. ORC-установки обеспечивают предприятия электроэнергией для собственных нужд или для продажи энергоснабжающим организациям (поступления в распределительную сеть).
4. Температура кипения рабочего тела (органического вещества, хладагента) в бинарной ORC-установке значительно меньше, чем воды. В случае использования низко- и среднетемпературных источников тепла при испарении органической жидкости образуется пар, давление которого существенно превышает давление водяного пара. Это дает возможность уменьшить габариты турбины и, как следствие, возвести компактную и простую в обслуживании энергоустановку.
5. Для выработки электроэнергии можно использовать множество разнообразных источников тепла, а не только средне- и высокотемпературное тепло, полученное при сжигании ископаемого топлива (нефти, газа и др.).
6. В некоторых режимах эксплуатации стандартных энергоустановок, в которых в качестве рабочего тела применяется вода, при расширении водяного пара в турбине может происходить конденсация. По этой причине образовавшиеся капельки воды могут на огромной скорости сталкиваться с лопатками турбины и быстро выводить их из строя. В бинарных ORC-установках такие повреждения невозможны, поскольку конденсация органического вещества (хладагента) в турбине не происходит. Благодаря этому значительно упрощается управление ею, а также существенно расширяется диапазон мощности, в котором может работать турбина без значительного снижения КПД. Рабочее тело (органическое вещество, хладагент) выбирается
таким образом, чтобы его термодинамические свойства наилучшим образом соответствовали источнику тепла. Это позволяет проектировщикам добиться более высокой эффективности энергоустановки.С помощью энергоустановок, работающих в соответствии с органическим циклом Ренкина, экономически целесообразно вырабатывать электроэнергию, используя тепло, образующееся при сжигании низкокалорийного топлива, например биомассы, выхлопные газы поршневых и газотурбинных двигателей, дымовые газы, отработанное тепло, полученное при охлаждении технологического оборудования, а также такие источники тепла, как солнечные коллекторы. Наиболее часто ORC-установки применяются в геотермальной энергетике.
Переход к возобновляемым источникам энергии во всем мире способствует стремительному росту рынка ORC-систем. В конце 2020 года общая установленная мощность ORC-установок на планете достигла 4,5 ГВт. В настоящее время наблюдается бурный рост общей мощности установок — в среднем на 10% в год, при этом количество работающих электростанций увеличивается в среднем на 12% ежегодно.
Выводы. Вся необходимая литература,образцы прежних работ подобраны,подробности узлов в основном проработаны,расчётные модели детально апробированы.
Все органы теперь в линиях даны.Одним словом, теперь вступают в силу, в виде задач, все те будущие требования, с какими к машине обратится эксплуатация, которая будет ею управлять. Задач этих, представляющихся конструктору при выполнении каждой детали, очень много.
Требуется придать им технически правильные формы и размеры, а всей конструкции придать известный стиль. Теперь именно вырабатывается то, что называется конструкцией машины.
Теперь или никогда следует позаботиться и о практичности всей конструкции, т. е. о том, чтобы соблюсти экономию как в материале, так и в работе по изготовлению, чтобы достигнуть возможной простоты в уходе, чтобы осмотр, ремонт были возможно удобны.
Литература.
1.Трубчатые печи. Тип ГС. Опыт проектирования производства водяного
пара в трубчатой печи НПЗ. Рза Кафаров.
2. Трубчатые печи: Каталог / Составители В.Е. Бакшалов, В.Ф. Дребенцов,
Т.Г. Калинина, Н.И. Сметанкина, Е.И. Ширман, М.: ЦИНТИхимнефтемаш,
1985 г., 34 с
.Приложение А
Схемы дымоходов горячих газов.