Для повышения экономичности котельных установок могут быть применены тепловые схемы установок с контактными подогревателями, в которых дополнительная тепловая энергия передается от продуктов сгорания к воде контактным способом. Дымовые газы в Тепловые схемы установок с контактными подогревателями попадают и охлаждаются до температуры 40 - 50°С, так что от продуктов сгорания отбирается не только теплота за счет их охлаждения, но и теплота конденсации водяных паров, полученных в результате сгорания топлива. Тепловые схемы установок с контактными подогревателями существенно повышают КПД котлов.
Существуют многочисленные конструкции контактных водонагревателей различной теплопроизводительности. Среди них можно выделить контактные аппараты с пассивной насадкой и контактные аппараты с активной насадкой (КТАН). Тепловые схемы установок с контактными подогревателями с активной насадкой имеют некоторые преимущества перед контактными аппаратами с пассивной насадкой, например чистоту нагреваемой воды, которая не имеет прямого контакта с дымовыми газами, меньшее гидродинамическое сопротивление аппарата и возможность создания циркуляции теплоносителя без разрыва струи.
В утилизаторе (рис.5.17) дымовые газы на входе в контактный аппарат увлажняются, причем происходит нагрев орошающей воды и одновременная конденсация водяных паров из дымовых газов. Нагретая вода и конденсат служат промежуточными теплоносителями при передаче теплоты от дымовых газов к нагреваемой воде, циркулирующей в трубном пучке.
При увлажнении дымовых газов происходит их очистка от содержащихся в них различных вредных соединений. Трубный пучок КТАН может иметь несколько независимых рядов горизонтальных трубок, которые объединяются своими коллекторами, что позволяет нагревать в аппарате различные потоки воды (сырую воду, химически очищенную и др. - рис. 5.18).
При работе котлов на природном газе конденсат, образующийся при охлаждении дымовых газов, не содержит вредных соединений и его можно направить прямо в водоподогревательную установку для дальнейшего использования в качестве подпиточной или питательной воды. При работе котлов на высокосернистом мазуте конденсат водяных паров из дымовых газов будет содержать окислы серы и другие примеси, поэтому его необходимо подвергать специальной очистке или нейтрализации.
Рис. 5.17. Принципиальные тепловые схемы установок с контактными подогревателями КТАН. а - котельная с водогрейными котлами; б - котельная с паровыми котлами; 1 - котел; 2 - КТАН-утилизатор; 3 - вторая ступень подогрева теплоносителя; 4, 7, 11 - трубопроводы теплоносителей; 5 - теплообменник; 6 - воздуховод; 8 - КТАН-подогреватель воздуха; 9 - насос сетевой; 10 - насос орошаемой воды; 12 - распылитель.
Рис. 5.18. Схема подогрева воды различного назначения в КТАН.
Тепловые схемы установок с контактными подогревателями могут быть применены не только для утилизации теплоты дымовых газов, но и для предварительного подогрева воздуха, подводимого в топки котлов, или использоваться в приточных системах вентиляции и воздушного отопления. В случае подогрева воздуха в КТАН-подогревателе теплоносителем для него может служить вода, нагретая в КТАН-утилизаторе, или любой другой низко потенциальный теплоноситель.
Латгипропром, РПИ (Рижский политехнический институт), ВНИПИ - Энергопром и Гипрополимер разработали комплексную систему теплоснабжения с применением контактных аппаратов, которые устанавливаются на трактах газоходов за котлами, а также на вводах тепловых сетей для подогрева воздуха в системах воздушного отопления, схема которых показана на рис. 5.17, б.
Система работает следующим образом. Холодный теплоноситель по обратному трубопроводу 7 поступает в контактный теплообменный аппарат 2, в котором, отбирая теплоту уходящих дымовых газов, нагревается до температуры 50°С. Далее теплоноситель нагревается в теплообменнике 3 паром до температуры 150°С, а в случае необходимости и выше и по прямому трубопроводу 4 попадает во второй теплообменник 5, в котором отдает большую часть своей теплоты подогреваемому воздуху. Затем теплоноситель попадает в контактный теплообменный аппарат 8 и охлаждается до температуры 20 - 25°С, отдавая свою теплоту холодному воздуху, и сетевым насосом 9 подается по обратному трубопроводу 7 к КТАН-утилизатору.
Примяются тепловые схемы установок с контактными подогревателями с использованием низко потенциальной теплоты в котельной с установкой контактных теплообменных аппаратов с активной насадкой, по сравнению с традиционными решениями тепловых схем котельных, дает экономию топлива 7 - 12%, экономию капитальных вложений в систему теплоснабжения 5 - 15 % (в том числе сокращение металлоемкости тепловых сетей до 15 - 20%) и экономию эксплуатационных затрат 5 - 15%.