Утилизация тепла отходящих газов (также часто называемая утилизацией тепла отходящих газов или утилизацией тепла выхлопных газов)    — это инженерный подход, который позволяет улавливать полезную тепловую энергию из промышленных выхлопных потоков и преобразовывать    ее в повторно используемые теплоносители, такие как горячая вода, горячий воздух или пар. Правильно спроектированные системы могут снизить    потребление топлива и коммунальных ресурсов, уменьшить эксплуатационные расходы и повысить общую энергоэффективность предприятия, одновременно    поддерживая стабильные и соответствующие нормам экологические показатели.

1. Обзор утилизации тепла отходящих газов

Во многих промышленных процессах выхлопные потоки (отработанные газы / отходящие газы) покидают оборудование при значительных    температурах, но с ограниченной остаточной топливной ценностью или ограниченной возможностью дальнейшего сгорания.    Если их выпускать напрямую, явное тепло (а иногда и скрытое тепло) теряется. Системы утилизации тепла отходящих газов    используют теплообменники или котлы-утилизаторы для передачи этой энергии в полезную среду.

Эта тема шире, чем HRSG (Котел-утилизатор тепла выхлопных газов). HRSG обычно относится к специализированному    паровому котлу, используемому в основном за газовыми турбинами на парогазовых электростанциях. Утилизация тепла отходящих газов,    напротив, является общей промышленной концепцией, охватывающей широкий спектр источников, температур и целей утилизации    (горячая вода, горячий воздух, пар низкого/среднего давления, предварительный нагрев процесса и т. д.).

2. Что такое «отходящие газы» или «отработанные газы» в промышленной практике?

В промышленном контексте «отходящие газы» или «отработанные газы» обычно относятся к выхлопным потокам, которые:

• выполнили свою основную реакцию/сгорание и больше не предназначены в качестве источника тепла,
• содержат ограниченную топливную ценность или не подходят для повторного сгорания,
• все еще несут значительную тепловую энергию (обычно 120–600 °C, иногда выше), и
• могут включать коррозионные, пыльные или влажные компоненты, влияющие на конструкцию утилизации.

Типичные источники включают:

• Выхлопные газы котлов, нагревателей, печей, инсинераторов и термических окислителей (например, RTO/RCO)
• Технологические вентиляционные отверстия и отходящие газы химических, коксовых, металлургических и фармацевтических производств
• Очищенные выхлопные газы систем контроля ЛОС и связанных экологических установок
• Сушилки, реакторы и другое термическое оборудование

3. Основные цели и драйверы стоимости

Хорошо спланированный проект утилизации тепла отходящих газов — это не просто «охлаждение выхлопа». Обычно он разработан    для достижения одной или нескольких следующих целей:

1. Повторное использование энергии: Преобразование явного/скрытого тепла выхлопных газов в горячую воду, горячий воздух или пар для использования на предприятии.
2. Снижение OPEX: Уменьшение потребления топлива, импорта пара, электроэнергии или других коммунальных ресурсов.
3. Повышение общей эффективности: Обеспечение каскадирования тепла и лучшей интеграции с вышестоящими/нижестоящими процессами.
4. Стабильность работы: Поддержка нижестоящих экологических систем за счет снижения температуры выхлопа и стабилизации потока.

4. Типовые конфигурации утилизации тепла отходящих газов

4.1 Теплообмен газ-вода / газ-воздух

Наиболее распространенная конфигурация использует теплообменник для передачи тепла от отработанных газов к воде или воздую,    производя горячую воду или горячий воздух.

• Типовое оборудование: кожухотрубные теплообменники, экономайзеры, воздухоподогреватели
• Наиболее подходит для: выхлопных газов низкой и средней температуры, стабильной непрерывной работы

4.2 Котел-утилизатор (WHB)

Когда пар является наиболее ценным средством утилизации, котел-утилизатор генерирует насыщенный или пар низкого/среднего    давления, используя выхлопной поток в качестве источника тепла.

• Результаты утилизации: насыщенный пар, пар низкого/среднего давления
• Ключевые моменты: конструкция должна учитывать коррозию, загрязнение пылью/золой и допустимое противодавление

4.3 Конденсационная (низкотемпературная) утилизация тепла

Для влажных выхлопных газов дополнительная энергия может быть утилизирована путем конденсации водяного пара для улавливания    скрытого тепла — при условии, что коррозия и управление конденсатом должным образом спроектированы.

• Технический фокус: коррозионностойкие материалы, контроль точки росы, дренаж и обработка конденсата
• Наиболее подходит для: низкотемпературных, влажных выхлопных потоков

4.4 Интегрированная утилизация тепла процесса

Утилизированное тепло может быть интегрировано в коммунальные системы предприятия или технологические процессы, такие как:

• предварительный нагрев сырья или технологической жидкости
• нагрев для регенерации адсорбции/десорбции
• отопление района/предприятия и бытовая горячая вода
• другие вспомогательные тепловые потребности

5. Типовая архитектура системы и ключевые компоненты

Полный комплект утилизации тепла отходящих газов обычно включает:

• Отвод газа и байпасная система (для запуска, аварийных ситуаций или снижения нагрузки)
• Оборудование для утилизации тепла (теплообменник / экономайзер / котел-утилизатор)
• Функции защиты от загрязнения и ремонтопригодности (обдувка сажи, смотровые люки, съемные пучки, онлайн-очистка)
• Конструкция защиты от коррозии (выбор материалов, покрытия, управление точкой росы)
• Обработка конденсата и продувки (где это уместно)
• Приборы, управление и блокировки (температура, давление, DP, поток; логика безопасности)
• Обеспечение осмотра и технического обслуживания (платформы, люки, изоляция, дренажи/вентиляционные отверстия)

6. Критические аспекты инженерного проектирования

Утилизация тепла отходящих газов сильно зависит от конкретного объекта. Надежный дизайн обычно начинается с точного профиля газа    и затем учитывает основные факторы риска:

6.1 Состав газа и риск коррозии

• Проверьте наличие кислотных компонентов и триггеров коррозии (например, SO_x, HCl/Cl⁻, H₂S, проскок NH₃ и т. д.).
• Оцените поведение точки росы (точка росы кислоты vs. точка росы воды) и выберите материалы соответствующим образом.

6.2 Минимальная температура дымовой трубы и контроль точки росы

• Определите минимально допустимую температуру выхлопных газов на выходе, чтобы избежать коррозии, вызванной конденсацией.
• Если требуется конденсационная утилизация, реализуйте специальную стратегию защиты от коррозии и обработки конденсата.

6.3 Перепад давления и ограничения противодавления

• Подтвердите допустимый перепад давления, чтобы избежать влияния на вентиляторы/нагнетатели и стабильность процесса.
• Используйте консервативные допуски на загрязнение, чтобы предотвратить увеличение DP со временем.

6.4 Загрязнение, зола и механизмы засорения

• Оцените запыленность, размер частиц, липкость и потенциал кристаллизации солей или осаждения смол.
• Укажите обдувку сажи, вибрационную очистку, онлайн-промывку или доступ для технического обслуживания для поддержания производительности.

6.5 Снижение нагрузки и изменчивость

• Рассмотрите байпасные и управляющие стратегии для обработки запуска/остановки и колебаний потока/температуры.
• Проверьте термические напряжения, расширение и усталость при циклических условиях.

7. Типовые применения по отраслям

• Коксохимия: утилизация тепла отходящих газов после первичного охлаждения, десульфуризации и связанных установок
• Химическая и фармацевтическая: технологические вентиляционные/отходящие газы, выхлопы рекуперации растворителей, сушилки
• Контроль ЛОС: утилизация тепла выхлопных газов RTO/RCO для коммунальных или технологических нужд
• Металлургия: выхлопы агломерации/охладителей, выхлопы печей повторного нагрева, технологические отходящие газы
• Энергетика и экологические модернизации: утилизация тепла выхлопных газов котлов и повышение эффективности

8. Резюме

Утилизация тепла отходящих газов — это эффективный способ улавливания «скрытой» энергии из промышленных выхлопных потоков,    при условии, что коррозия, загрязнение, противодавление и изменчивость нагрузки должным образом спроектированы. Преобразуя    тепло выхлопных газов в горячую воду, горячий воздух или пар — и интегрируя эту энергию в тепловые потребители предприятия —    предприятия могут снизить эксплуатационные расходы и повысить общую эффективность, одновременно поддерживая стабильные экологические    показатели.