Экономия топливно-энергетических ресурсов и охрана окружающей среды – две наиболее важнейшие проблемы в современном индустриально-развитом мире, решению которых во всем мире уделяется большое внимание. Темп роста потребности энергии во много раз опережает темпы прироста топливных ресурсов. По мнению специалистов мировое потребление энергии с конца 80-х годов по 2030 год увеличится практически втрое. При этом остро обостряется проблема изменения климата на планете.
Вследствие этого, сейчас главной задачей в теплоэнергетике является повышение энергетической и экономической эффективности газоиспользующих установок [2].
Одним из наиболее перспективных направлений энергосбережения является максимальное использование теплоты продуктов сгорания. Продукты сгорания природного газа можно рассматривать как качественный теплоноситель с высокими тепловым потенциалом и использовать его в комплексных ступенчатых установках, включающих в свою схему низкотемпературные теплообменники.
Охлаждая продукты сгорания до температуры ниже температуры точки росы при подсчете по отношению к высшей теплоте сгорания природного газа, КПД использования потенциала топлива может быть доведен примерно до 95-97%. Кроме этого комплексное использование теплоты продуктов сгорания способствует уменьшению загрязнения воздушного бассейна. Этому способствует снижение количества сжигаемого топлива и понижение температуры уходящих газов и влагосодержания, что благоприятно сказывается на экологической юезопасности. При этом, удельные капиталовложения в данные установки ниже, чем в добычу 1 тонны условного топлива. Снижение вредных выбросов в атмосферу обусловлено коплексном использовании дожигательных устройств и различных установок утилизации тепла [3].
Утилизация теплоты уходящих дымовых газов по своей значимости занимает особое место в экономии топлива. В работах раннего времени отмечено, что уходящие газы в газифицированных котельных несут в себе около 20% резервов экономии топлива: из которых 4-5% теряется с явной теплотой уходящих газов и 10-13% со скрытой теплотой парообразования.
Из созданных в настоящее время за рубежом различных водогрейных установок с поверхностью нагрева, имеющей температуру ниже точки росы и конденсацией водяного пара из продуктов сгорания на этой поверхности, можно выделить две группы:
- самостоятельные поверхностные экономайзеры с конденсацией водяного пара из продуктов сгорания, и присоединяемые к действующим водогрейным котлам;
- специализированные водогрейные котлы, с конденсацией водяного пара из продуктов сгорания на поверхности нагрева, которая конструктивно объединена с топочным устройством.
Теплообмен проходит в камерах различной конструкции: каскадно-дисковой, форсуночной, насадочной, форсуночно-насадочной и барботажно-ударной.
В настоящее время наибольшее распространение получили три типа котлов:
- с регулировавшем температуры подогрева воды в любом диапазоне (I тип);
- с постоянной температурой подогрева воды (II тип).
- котлы III типа, поверхности нагрева которых выполняют из коррозионно-стойкой стали (котлы Buderus), покрывают эмалью (Buderus-Economic) или слоем металлокерамики.
В котлах второго типа топочная камера выполняется в большинстве случаев с оребрением, что повышает эффективность работы котла. В котлах Viessmann применяются комбинированные поверхности нагрева с оребрением, выполненные из литья, и топочная камера из легированной стали. Тепловые потери при пуске котла, обеспечивающего температуру подогрева воды 50 С, не превышает 1%. Котлы Super-Arctik снабжены резервуаром-аккумулятором, покрытым слоем наружной тепловой изоляции толщиной 70 мм. С целью повышения среднегодовой величины КПД котлы Weichaupt оснащены дутьевыми горелками со ступенчатым регулированием нагрузки.
Сейчас значительное распространение получают котлы с конденсационными поверхностями нагрева, выполненными из коррозионно-стойкой стали, в которых используется теплота конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания. Выпадающий конденсат эффективно нейтрализуется. К примеру, КПД мазутных котлов Hydrotherm, отнесенный к QH, достигает 105,6%, КПД газовых котлов Viessmann с дутьевыми горелками-108%, а котлов Beuraad с двумя теплообменными блоками 102% по низкой теплоте сгорания.
В заключении можно сделать вывод, что в настоящее время повышение энергосбережения, экологической безопасности и экономическрй эффективности возможно выполнить различными способами, но наиболее эффективных и наименее затратным является комплексное использование продуктов сгорания природного газа и других топлив, используемых в энергетике, с помощью комплексных ступенчатых установок, которые включают в себя низкотемпературные теплообменники и различные дожигательные устройства.