Industrijski prijenos topline
Na plinskom kotlu od 120 t/h, dimni plin koji izlazi iz ekonomajzera je blizu 145 C. Zaobiđete taj ekonomajzer i isti dimnjak radi na otprilike 260 C. Zatvaranje tog jaza od 115 K vrijedi oko pet posto računa za gorivo, svaki sat rada postrojenja.
Taj jaz je zapravo ono o čemu radi industrijski prijenos topline. Rijetko je riječ o egzotičnim legurama ili novoj termodinamici; to je pitanje površine, brzine plina, dopuštenog zaprljanja i gdje se metal nalazi unutar kanala. Uzmite ta četiri kako treba i običan dizajn nadmašuje elegantan koji se solidno uklopi u šest tjedana.
Odjeljci u nastavku pokrivaju mehanizme, hardver, korake odabira i brojeve koji odlučuju hoće li projekt biti odobren ili odložen.
Što zapravo pokriva industrijski prijenos topline
Industrijski prijenos topline is the controlled movement of thermal energy between a hot stream, a cold stream and the metal separating them, and in heavy industry the hot stream is almost always flue gas on its way to the stack.
Definicija: industrijski prijenos topline je dizajn površina i putova protoka koji premještaju toplinu iz plina izgaranja, procesnih ispušnih plinova ili pare u korisnu tekućinu, dovoljno brzo da plati opremu i dovoljno nježno da održi stijenku cijevi iznad granice korozije.
Tri mehanizma dijele dužnost. Radijacija dominira iznad otprilike 800 C, što je područje peći. Provodljivost kroz stijenku cijevi gotovo nikada nije usko grlo, jer stijenka od ugljičnog čelika od 3 mm na 400 C dodaje zanemariv otpor. Konvekcija na strani plina čini štetu.
Čisti dimni plin pri 10 do 15 m/s daje koeficijent filma od otprilike 30 do 60 W/m2K. Vodena ili parna strana iste cijevi radi iznad 1000 W/m2K. Budući da se otpori dodaju u nizu, plinska strana posjeduje oko 90 posto problema, a svaka nizvodna odluka o dizajnu slijedi iz te činjenice.
1% približna ušteda goriva po padu temperature dimnjaka od 20 K
4-8x vanjska površina dodana H-tipom ili spiralnim perajama
18-30 (prikaz, stručni). mjeseci tipične jednostavne otplate za naknadnu ugradnju ekonomajzera
Praktična posljedica je jednostavna. Dodajte područje na strani plina, držite brzinu plina dovoljno visokom da očisti peraje, ali dovoljno niskom da izbjegnete eroziju, i prihvatite da će stijenka cijevi biti blizu temperature vode. Sve ostalo su detalji.
Površine koje određuju vašu brzinu prijenosa topline
Površina na strani plina je mjesto gdje se dobiva ili gubi dizajn povrata topline, tako da se rebraste cijevi, banke ekonomajzera i HRSG moduli ocjenjuju na temelju ista tri broja: površinska gustoća, brzina plina i tolerancija zaprljanja.
| Element | Tipična dužnost | Izlaz sa strane plina | Dominantni rizik |
| Banka golih cijevi | Mali ekonomizator ili predgrijač zraka | 180 do 220 C | Mala površinska gustoća, veliki otisak |
| Rebrasta cijev tipa H | Ekonomizator u dimnim plinovima koji sadrže pepeo | 150 do 190 C | Pepelni most između parova peraja |
| Spiralno rebrasta cijev | Ekonomajzer čistog plina, HRSG isparivač | 120 do 160 C | Korozija korijena peraje blizu točke rosišta |
| HRSG modul | Kombinirani ciklus ispuha | 80 do 100 C hrpa | Toplinsko naprezanje na atemperatoru i bubnju |
Rebra H-tipa zavarena su u paru s ravnom plinskom trakom između njih, zbog čega preživljavaju ugljen i pepeo biomase koji bi začepili gustu spiralnu obalu. Spiralna peraja daju veću površinu po metru i bolje performanse u čistom plinu, ali ih je teže čistiti i daleko manje opraštaju hladne točke.
Detalj koji se najčešće propušta je učinkovitost peraja. Duge, tanke peraje na visokoj temperaturi slabo provode duž svoje duljine, tako da je efektivna površina manja od geometrijske površine. Ako podatkovna tablica navodi područje bez brojke učinkovitosti peraje, zatražite je prije nego što usporedite cijene. Posebna bilješka o kako rebraste cijevi povećavaju učinkovitost prijenosa topline detaljnije prolazi kroz proračun površine.
Rebrasta cijev H-tipa za visokoučinkoviti prijenos topline Visokofrekventno zavarena rebra u obliku slova H povećavaju područje grijanja i otporna su na prašinu, zbog čega vrijedi provjeriti učinkovitost rebara prije usporedbe opcija prijenosa topline. Pogledajte proizvod → Osnovno pravilo: ako je pepeo ljepljiv, odaberite geometriju peraja s najširom plinskom trakom koju si možete priuštiti, a zatim otkupite izgubljeno područje s dubljim nagibom umjesto gušćim nagibom peraja.
Gdje toplina zapravo bježi
Većina postrojenja gubi povratnu toplinu na tri mjesta: dimnjak, vruće površine koje nikada nisu ponovno izolirane nakon modifikacije i ispuhivanje ili kondenzat koji se baca umjesto da se vraća.
Vrijedno oporaviti se
- Dimni plin iznad 180 C pri punom opterećenju
- Kontinuirano ispuhivanje iznad 5 posto protoka pare
- Povratak kondenzata iznad 90 C
- Gubici u zamci na kolektoru koji radi 24/7
Obično se ne isplati
- Povremeni ispuh iz šaržnih procesa
- Plin ispod točke kiselog rosišta bez dopuštene korozije
- Površinski gubici na linijama već ispod 50 C temperature kože
- Mali vodotoci kojima je potrebna vlastita pumpa i kontrolna petlja
Dva broja odlučuju koliko se temperatura plina može pomaknuti. Točka kiselog rosišta postavlja dno: s 1 do 2 posto sumpornog goriva, vodena para i SO3 počinju se kondenzirati na rebrima negdje između 120 i 150 C. Točka štipanja postavlja praktičnu granicu za stvaranje pare, obično 8 do 15 K između napuštanja plina i zasićenja parom.
Napomena s terena: izlaz plina s nižom temperaturom od 12 K izgleda kao besplatna učinkovitost na papiru, ali ako korijen peraje stavi ispod točke rosišta 300 sati godišnje, cijev se mijenja mnogo prije nego što se ostvari ušteda goriva.
Kada je plin iznad otprilike 500 C, ekonomizator je potpuno pogrešan alat. Ta dužnost pripada kotlu za otpadnu toplinu koji stvara paru ili zagrijava procesnu tekućinu, a odluka je vođena ravnotežom pare postrojenja mnogo više nego podacima o plinu.
Industrijski otpadni kotao za povrat visokotemperaturnog dimnog plina Za dimni plin iznad raspona ekonomajzera, ovaj kotao vraća toplinu za proizvodnju pare i prilagođava se prašini, koroziji i fluktuirajućim izvorima. Pogledajte proizvod → Prilagođavanje opreme dužnosti
Odabir opreme prvo slijedi stanje plina, a potom potrebu za parom ili vodom, nikada obrnuto.
- Popravite podatke o plinu: protok, temperatura, sastav, opterećenje prašinom, točka rosišta i kako se sva četiri mijenjaju između ljeta i zime.
- Postavite ciljanu temperaturu na izlazu s granicom korozije, a ne na teoretskom optimumu.
- Dimenzionirajte površinu poštenim faktorom onečišćenja, oko 0,005 do 0,01 m2K/W za čisti plin i dva do tri puta veći za loženje uljem ili biomasu.
- Provjerite raspored i spajanje: prostor za kanale, glavu ventilatora, povišenje bubnja, raspored premosnice i fizički pristup za čišćenje.
U trećim i četvrtim koracima gubi se proračun. Jedinica dimenzionirana za čist rad i instalirana bez puhača čađe treba neplanirani prekid rada unutar dvije godine, a trošak naknadnog dodavanja obično premašuje razliku u cijeni između jeftinog i dobrog dizajna.
Kod EPC radova sučelje je jednako važno kao i toplinski dizajn. Prijelazi kanala, dilatacijski spojevi, potporni čelik i instrumentacija moraju se razriješiti u 3D prije početka izrade, zbog čega dobavljač koji može pretvoriti crteže i provjeriti unos topline u kući štedi projektu više vremena od dobavljača koji jednostavno navodi nižu cijenu po toni. Profil tvrtke detaljnije opisuje taj inženjerski opseg.
Ekonomajzer dimnih plinova u zadnjem dijelu kotla Oporavlja toplinu repa kotla za predgrijavanje napojne vode, smanjenje potrošnje goriva i odgovara sustavima kotlova na ugljen, plin, ulje, biomasu ili otpadnu toplinu. Pogledajte proizvod → Dizajn koji dobiva tri posto veću učinkovitost, ali prisiljava prekid čišćenja svako tromjesečje nije poboljšanje. To je ugovor o održavanju s prilogom prijenosa topline.
Čitanje ekonomije prije nego što se posvetite
Isplativost industrijske opreme za prijenos topline je određena godišnjim radnim satima i cijenom goriva, a ne malim razlikama u toplinskoj učinkovitosti.
8000 h/god 14 mj
6000 h/god 19 mj
4000 h/god 28 mj
2000 h/god 56 mj
Jednostavan povrat u mjesecima za smanjenje temperature dimnjaka od 20 K, plin po otprilike 6 USD po MMBtu, prije troškova održavanja i prekida rada.
Tri ulaza odlučuju hoće li slučaj preživjeti pregledni sastanak:
- Radni sati pri realnom opterećenju, a ne sati s natpisne pločice.
- Trošak goriva tijekom životnog vijeka opreme, s provjerom osjetljivosti upola niže od trenutne cijene.
- Trošak čišćenja i inspekcije, uključujući dane prekida rada koje troši.
Rano dodajte usklađenost tlačnog dijela. ASME ili PED dokumentacija, sljedivost materijala i inspekcija treće strane rijetko mijenjaju toplinski dizajn, ali mogu pomaknuti raspored isporuke po mjesecima ako se podignu nakon što se crtež zamrzne.
Kratka verzija: izmjerite plin, poštujte točku rosišta, veličinu zaprljanja i provjerite sate rada prije nego što usporedite brojke učinkovitosti.
Često postavljana pitanja
Koja je razlika između ekonomajzera i generatora pare s povratom topline?
Ekonomajzer zagrijava napojnu vodu bez promjene njezine faze, obično koristeći dimni plin na 200 do 400 C. Generator pare za povrat topline proizvodi paru i obično sadrži dijelove ekonomajzera, isparivača i pregrijača u jednom kućištu, vraćajući ispušne plinove iz plinskih turbina ili visokotemperaturnih procesa.
Koju temperaturu dimnjaka trebam ciljati?
Onoliko nisko koliko to dopušta kiselo rosište i točka uklještenja. Za plin s niskim sadržajem sumpora to je često 120 do 150 C; za loživo ulje s visokim sadržajem sumpora može biti 160 C ili više, osim ako nisu specificirana rebra otporna na koroziju.
Kako spriječiti prljanje rebrastih cijevi?
Uskladite vrstu peraja s pepelom, držite brzinu plina u rasponu od 8 do 12 m/s i postavite puhače čađe s dovoljno traka da dosegnu stijenku cijevi. Peraje tipa H sa širokim plinskim trakama sigurniji su izbor ispod 300 C gdje je pepeo ljepljiv.
Može li se oprema za povrat topline naknadno ugraditi u postojeći kanal?
Da, ako glava ventilatora i prostor kanala to dopuštaju. Većina naknadnih ugradnja zahtijeva premosnicu za smanjivanje i čišćenje, a dodatni gubitak propuha od 0,5 do 1,5 kPa obično se mora platiti nadogradnjom ventilatora ili višim dimnjakom.
Toplinski dizajn je kompromis između površine, brzine i čistoće. Odaberite dva i treći će vam fakturirati kasnije.
