Керамічні рекуператори

Передній торець камери не екранований, а у верхній частині його розміщується щит, на якому встановлюють вибухові клапани і розпалювальні пальники. На виході з радіаційної камери розташовані конвективні поверхні у вигляді ширм, випарного охолоджування. Рух робочого тіла в ширмах, як і в екранах радіаційної камери спрацьовує за принципом природної циркуляції. За випарними ширмами в розтин встановлений двухступінчатий ширмовий 2 з труб, діаметр і крок яких відповідають вибраній швидкості повітря, що підігрівається, усередині труб. В розтин між двома ступенями воздухопідігрівача встановлені випарні ширми із заданим кроком. Бункери під конвективними поверхнями нагріву неохолоджувані.

Температура перегріву пари складає 560--600 К. Дальнійше підвищення необхідної температури здійснюється в центральному пароперегрівачі з автономним спалюванням палива. Всі поверхні нагріву парогенератора вільно підвішуються до стельового перекриття, яке, у свою чергу, кріпиться до ферм перекриття.

Для парогенераторів типу ТОП передбачена система ударного очищення, приводні штанги якої прикріплені знизу до нижніх колекторів випарних ширм. Над стельовим, перекриттям встановлений барабан для сепарації пари з внутрішньобарабанним пристроєм.

Незначний газовий опір парогенератора дає можливість понизити підсоси повітря, подавати на сірнокислотне виробництво чисті гази і цим збільшити виробництво сірчаної кислоти і різко понизити викид в атмосферу сірчистого ангідриду і кольорових металів.

Основні параметри, і розрахунково-конструктивні характеристики парогенераторів типу ТОП приведені в додатку (табл. 9). В парогенераторах, призначених для інших переділів, витримуються загальні принципи, прийняті для ТОП, проте їм властиві відмінності, пов'язані з особливостями конкретного переділу. Білгородський завод енергетичного машинобудування випускає для кольорової металургії тунельні парогенератори, встановлювані за печами киснево-факельної плавки типу ТФП; тунельні парогенератори за конверторами типу TKII. Деякі характеристики цих ПОГ приведені в додатку (табл. 10).

Парогенератори на конверторних газах

Охолоджування і очищення конверторних газів, що виділяються при кисневому продуванні, є технологічною необхідністю киснево-конверторного виробництва сталі. За способом відведення і охолоджування, а також використовуванню конверторних газів всі системи можна класифікувати так:

а) охолоджування газів розбавленням їх охолоджуючими агентами (повітря, пара, вода);

б) відведення газів з конвертора з повним допалюванням СО;

в) відведення газів з обмеженням доступу, повітря і без допалювання або з частковим допалюванням СО;

г) охолоджування газів з використанням фізичного і хімічного тепла газів або без використовування тепла газів.

Охолоджувачів конверторних газів за способом передачі тепла прийнято ділити на радіаційно-конвективні і радіаційні.

Охолоджування конверторних газів підмішуванням холодного повітря пов'язано з великими витратами електроенергії для видалення газоповітряної суміші і втратою значної кількості тепла. Для зниження температури газів з конвертора 100--130 т без спалювання СО необхідна кількість повітря для розбавлення складає 25 м3/с. При рівномірному перемішуванні газу з повітрям концентрація СО в суміші складає 7,15%, що набагато менше значень нижньої граничної суміші для СО (12,5%). Проте уникнути вибухонебезпечних локальних концентрацій практично неможливо, тому доводиться допалювати . При цьому витрата повітря складає близько 140 м3/с, потужність електродвигунів димососів за газоочисткою для видалення газоповітряної суміші досягає 5000 кВт.

Мал. VI.11. Теплова схема енергокомплексу конверторного цеху з пароперетворювачами та тепловими акумуляторами:

1 - охолоджувачі конденсату; 2 -- деаератор; 3 -- охолоджувач конденсату, 1 ступінь; 4 -- пароперетворювачі; 5 - парові акумулятори; 6 - барабан-сепаратор; 7 -- парогенератор.

Установка водоохолоджуваних камінів з уприскуванням води в газовий об'єм пов'язана з великою витратою води. (12--15 м3 на 1 т сталі, що виплавляється), спорудою громіздкого парогазовідвідного тракту і повною втратою всього тепла газів. Отже, розглянуті способи відведення і охолоджування конверторних газів не раціональні.

В охолоджувачах конверторних газів, вживаних на металургійних заводах СРСР, використовування тепла здійснюється шляхом вироблення пари технологічних або енергетичних параметрів.

Мал. VI. 10. Принципові схеми деяких ОКГ:

а -- ОКГ фірми Вагнер -- Бірс; б -- ОКГ-100--2; в -- ОКГ-100--3; г -- ОКГ-3--Б; д -- ВОКГ-130; 1-- конвертор;2 -- муфта; 3 -- знімна частина газоходу; 4 -- ОКГ; 5 - димова труба; 6 --димосос; 7-- краплевловлювач; 8 --газоочистка; 9 -- газопровід; 10-- кесон; 11 -- екранований газовідвід; 12 -- скруббер.

Вибір системи охолоджування визначається техніко-економічними розрахунками з урахуванням всіх конкретних умов даного виробництва..

В системі охолоджування з використанням тепла газів як охолоджувач застосовують в основному парові радіаціонно-конвективні парогенератори з МПЦ. Радіаційно-конвективні охолоджувачі конверторних газів (ОКГ) є однобарабанними, вертикально-водотрубними і мають П-образну форму. Широко, застосовуються ОКГ-100--2, ОКГ-100--2Р, ОКГ-100--3, ОКГ-100--ЗР, ОКГ-100--За і ОКГ-100--36. Цифри біля буквених позначень показують місткість конвертора, і порядковий номер, конструкції. Марки ОКГ-100--2 і ОКГ-100--2Р розраховані на спалювання 27000 м3/год конверторного газу, ОКГ-100--3, ОКГ-100--ЗР; ОКГ-100--За і ОКГ-100--3б на спалювання 40 000 м3/год.

На мал. VI.10 приведені принципові схеми деяких ОКГ. По конструктивних і теплотехнічних характеристиках (див. табл. 11, 13 додатки) ОКГ розділяють на три групи: змієвикові пакети з шаховим розташуванням труб (ОКГ-100--2; ОКГ-100--2Р; ОКГ-100--3; ОКГ-100--За; ОКГ-100--3б), змієвикові пакети з коридорним розташуванням труб (ОКГ фірми Вагнер -- Біро) і з коридорно-ширмовим розположенням труб (ОКГ-100--ЗР).

Мал. VI .12. Теплова схема енергокомплексу конверторного цеху з виносними пароперегріваачі і тепловими акумуляторами:

1-- парові акумулятори; 2 -- розрядна станція; 3 -- зарядна станція; 4 -- пароперегррівач; 5 -- барабан-сепаратор; 6 - парогенератор; 7 - підігрівач хімічно обчищеної води; 8 - деаератори.

Нижня частина газоприймального ковпака парогенераторів фірми Вагнер-- Біро і нижня частина підйомного газоходу парогенератора ОКГ-100--36 виконана знімними відкотами з самостійним, контуром циркуляції. У всіх вітчизняних ОКГ передбачена двухступінчата схема випаровування: в «чистий відсік» включені всі екранні поверхні нагріву, а в «сольовій» конвективні випарювальні поверхні нагріву. В нижній частині підйомного газоходу розташовані отвори для введення сипких матеріалів, проходу кисневої фурми і сопел гострого дуття. Для цього у відповідних місцях виконані розводки екранних труб. Сепарація у всіх казанах здійснюється у внутрішньобарабанних циклонах. Обмурівка підйомного газоходу натрубна, навісна; перехідного і опускного газоходів -- щитова.

Мал. VI.13. Графік зміни витрати живильної .воды 1, насиченої пари 2 (а) і тиск пари в барабані (б) за продування.

Вживані в СРСР установки для використовування фізичного і хімічного теплоконверторних газів призначається для вироблення насиченої пари. На одних заводах насичена пара тиском 2,5 МПа циклічно поступає в парові акумулятори постійного об'єму. Звідси пара зниженого тиску безперервно відводиться або безпосередньо в заводські парові магістралі; на технологічні потреби, або в парозмінювачі для вироблення вторинної пари, що використовується також для технологічних потреб заводу (мал. VI.11). На інших заводах постійна кількість пари тиском 4,7 МПа прямує через центральний пароперегрівачі на турбо або пароповітряні станції. Пікове вироблення пари парогенераторами поступає в парові акумулятори, а потім пара зниженого тиску відводиться, в заводські магістралі (мал. VI. 12).

Мал. V1.I4. Схема ОК.Г-300 з акумулятором циркуляційного типа і газгольдером:

1 - циркуляційні насоси; 2 -- акумулятор; 3 -- газощільна «спідниця»; 4 -- пальники; 5 -- підйомний газохід; 6 -- барабан-сепаратор; 7 -- пароперегрівач; 3 -- економайзер; 9 -- труба Вентурі; 10 -- газоочистка; II - газгольдер; 12 -- димар; 13-- 14 -- димососи; 15 - змішувач; 16 -- конвертор.

Унаслідок значного циклічного коливання виходу, складу і температури конверторних газів (див. рис IV. 1) охолоджувач цих газів працює в умовах різкозмінного теплового і температурного режиму. Це приводить до коливань паровиробництва і тиск пари в ОКГ (мал. VI. 13), зниженню надійності його роботи і погіршенню умов експлуатації. Для деякого вирівнювання теплового режиму охолоджувачів застосовують грубці додатковим паливом в міжпродувочні періоди.
Мінімальна величина грубки складає 30% максимальної паровиробництва парогенератора. Але навіть збільшенням під топки до 75% від максимальної паровиробництва ОКГ не можна уникнути пікових навантажень в охолоджувачі в кожному циклі. Установка акумулятора для використовування пікового вироблення пари вирівнює в якійсь мірі теплове навантаження, але не може впливати на рівномірність роботи власне парогенератора.

Застосування парових акумуляторів в схемах енергокомплексів конверторних цехів, окрім значного ускладнення і дорожчання установки, приводить також до зниження тиску пари.

Стабільну продуктивність ОКГ протягом всього циклу роботи конвертора при одночасному поліпшенні теплотехнічних і конструктивних характеристик його і без додаткового використовування палива можна досягти застосуванням в схемі енергокомплексу акумулятора циркуляційного типа і газгольдера. Єство цього способу полягає в наступному. В період продування використовується в ОКГ фізичне тепло і приблизно 10% хімічного тепла конверторного газу при б = 0,1. Такий коефіцієнт витрати повітря приймається через труднощі повної герметизації тракту, що газовідводить. Після охолоджування і очищення весь газ прямує в газгольдер 11 (мал. VI.14).

Із загальної кількості тепла, що використовується в період продування ф1 частина його залежно від коефіцієнта витрати повітря б її витрачається для вироблення пари, а частина акумулюється в «гарячій воді» в акумуляторі циркуляційного, типу. В міжпродувочний період ф2 і під час продування, коли немає газовиділення ф''1, на вироблення пари витрачається хімічне і фізичне тепло газгольдерного газу і тепло, закумульоване в «гарячій воді». В період ф'1 парогенератор харчується водою з системи водопідготовчого цеху, а в період ф2+ ф''1 -- сумішшю «гарячої води» з акумулятора і «холодної води» з водопідготовчого цеху. Кількість тепла, що акумулюється, в «гарячій воді» визначається з умови забезпечення стабільної паровиробничості парогенератора-охолоджувача протягом всього циклу конверторної плавки сталі. Дані для розрахунку охолоджувача конверторного газу за конвертором 300-тонни -- ОКГ-300 (див. мал. VI.14), розробленим в Одеському політехнічному інституті:

Садіння конвектора G, т 300

Тривалість продування ф1, хв 17

Тривалість газовиділення ф'1, хв 13

Тривалість продування без газовиділення ф''1, хв 4

Тривалість паузи ф2, хв. 43

Тривалість циклу ф, хв 60

Вихід конверторного газу В, м3 за продування 18 544

Температура конверторного газу Т, К 1873

Склад конверторного газу

СО2 СО О2 N2 Н2О Vр

На виході з горловини конвертора, % за об'ємом 11,8 83,7 3,92 0,45 0,13 100

В охолоднику з урахуванням часткового спалювання газу з

б = 0,1 (через присоса повітря через негустину газоходу)

За охолоджувачем з урахуванням дисоціації СО2 і Н2О що направляється в газгольдер газу

В чисельнику склад газу вимірюється в м3/ м3, в знаменнику -- в % за об'ємом.

Параметри пари

Тиск Р _МПа 4,5

Температура перегріву Tn.п., К 725

Температура живильної води Тп.в. 375

Фізичне тепло конверторних газів

де IP = 2460 кДж/м3--фізичне тепло конверторних газів; Iу = 280 кДж/м3-- фізичне тепло віднесення; qф = 2460 + 280 = 2740 (кДж/м3).

Хімічне тепло конверторних газів

де VCO = 0,837 м3/м3-- вміст СО в газі; МДж/м3;-- теплота згоряння СО.

Розрахунок паровиробництва ОКГ. При визначенні паровиробництва ОКГ виходимо з того, що в період газовиділення ф'1 використовується фізичне тепло конверторних газів і частина хімічного тепла, відповідного б = 0,1 з урахуванням дисоціації газів. Після газоочистки гази з температурою 333 К прямують в газгольдер. Далі вони використовуються в період паузи ф2 і в період продування, коли немає газовиділення ф''1. Для підтримки постійності паро виробництва парогенератора протягом всього циклу ф частина тепла конверторних газів періоду продування акумулюється у вигляді «гарячої води» з температурою насичення в акумуляторі циркуляційного типу. Ця вода зливається з барабана-сепаратора в акумулятор і витрачається в період ф2+ ф''1

Середнє паровиробництво Dпр, в період продування

де qпрх -- хімічне тепло конверторних газів, реалізовуване при б = 0,1 з врахуванням дисоціації СО2, кДж;

з -- коефіцієнт використовування тепла конверторних газів, приймається 0,85; в подальшому перевіряється;

?іПОГ -- тепло, що витрачається в ПОГ для вироблення 1 кг пари в період продування, кДж/кг;

(тут iп.п.-- ентальпія перегрітої пари, рівна 3322 кДж/кг, iп.в. -- ентальпія живильної води рівна 419 кДж/кг; ін.в. -- ентальпія води при температурі насичення, рівна 1135 кДж/кг; Р -- відсоток продування, прийнятий 10%);

- кількість закумульованого тепла на кожний кілограм виробленої пари, кДж/кг;

Де qпр -- тепло конверторних газів, що використовується в період продування, кДж/м3; ; qna -- тепло, що віддається 1 м3 газів з газгольдера в період ф2+ ф''1, кДж/м3; ( -- фізичне тепло газу з газгольдера (при Тг.г. = 325 К), рівне 76 кДж/м3; -- зміст моноксида вуглецю в 1 м3 газу з газгольдера, 70,2%).

Середня годинна паровиробництва ПОГ в період ф2+ ф

Gак -- кількість закумульованої, води з Tн в період продування, кг/за продування;

Qак-- кількість закумульованого тепла в період продування, кДж/за продування;

Об'єм води в акумуляторі при хв = 0,0012757 м3/кг

Об'єм акумулятора з урахуванням 10% запасу

Тепловий баланс охолоджувача конверторних газів ОКГ-300. (мал. VI.14) приведений в табл. VI.2.

За даними теплового балансу коефіцієнт використовування тепла конверторних газів з = 0,848, В тепловому розрахунку попередньо прийнятий з = 0,85. Розбіжність незначна.

Установки для внутрішнього використовування тепла виробничих газів

Регенератори з нерухомою цегляною насадкою

Вживаний в сучасній промисловій і енергетичній вогтехніці нагрів компонентів горіння має три характерних самих температурних рівня: 600--700 К, 900--1100 і 1300--1500 К.

Нагрів дуття до 600--700 К легко здійснюється у високопродуктивних теплообмінниках рекуперативного типу, виконуваних з вуглецевої сталі.

Нагрів дуття до 900--1100 К прискорює процес запалювання ряду палив, у тому числі газоподібних, і інтенсифікацію процесу горіння. Крім того, температурою дуття 1100 К вичерпуються можливості застосування існуючих найпоширеніших жароміцних марок сталей. Нагрів дуття до 1100 К застосовується в сучасних газових турбінах, а також для деяких виробничих вогнетехнічних процесів підвищеного температурного рівня.

Високотемпературний нагрів дуття до 1300--1500 К застосовується для забезпечення необхідної температури продуктів згоряє і достатньо інтенсивного теплосприйняття в робочій камері при високій температурі видаваного продукту. Нагрів компонентів горіння до такої високої температури здійснюється в керамічних регенераторах і застосовується при мартенівській планці сталі, вариву скла у ванних печах, конверсії природного газу, для виробництва чавуну в доменних печах і ін. Для теплообмінників цього температурного рівня застосовуються вогнетривкі керамічні матеріали, формовані і обпалені при високій температурі, виконані з шамота, шамота-карборунда, динасу, хромомагнезита і т.д

Мал. V. I. Принципова схема реверсивної печі з керамічними регенераторами для нагріву повітря: 1 -- регенеративна насадка; 2 -- шлаковик»; 3 -- паливо; 4 -- робоча камера; 5 -- дутьєве повітря; 6 -- продукти згоряє; 7 -- газоперемикаючий клапан.

Особливістю регенераторів є використовування для теплообміну теплоаккумулюючої насадки, яка спочатку нагрівається продуктами згоряє, а потім охолоджується дуттям, що нагрівається. В цьому випадку теплообмін протікає в нестаціонарних умовах і для його здійснення потрібен мінімум (при нагріві одного дутьєвого повітря) дві камери з насадкою і рівна тривалість періодів нагріву і охолоджування. При нагріві двох компонентів горіння необхідні дві пари насадок -- для дутьєвого повітря і спалюваного газу. При нерівності періодів нагріву і охолоджування (коли необхідно нагрівати велику кількість повітря до високої температури) число регенеративних насадок збільшується. Прикладом цього є каупери доменних печей: звичайно встановлюють три каупера, з яких два нагріваються, а один охолоджується.

Застосування керамічних регенераторів стаціонарного типу пов'язано з реверсуванням руху газів в робочій камері, наприклад в мартенівських печах (мал. V.1), металлонагріваючих регенеративних колодязях, ванних скловарочних печах і ін. Рівність періодів нагріву і охолоджування регенеративних насадок в загальному вигляді

 (V.1)

де фн і ф0 -- відповідно, тривалість періодів нагріву і охолоджування; фр --тривалість робочого циклу регенераторів; частіше всього фр -- 0,3--0,6 год.

Для регенеративної насадки високотемпературних промислових печей використовують спеціальну цеглину певних розмірів.

Основними розрахунково-конструктивними характеристиками регенеративних насадок є: половина еквівалентної товщини цеглини (з урахуванням потовщення кладки в кутках) гэ, м; питома поверхня нагріву на 1 м3 загального об'єму насадки f0, м2/м3; коефіцієнт заповнення цеглиною того ж об'єму Vк, м3/м3. Якщо величина f0 характеризує розвиток теплообмінної поверхні, то VK дає уявлення про тепдоакумулюючу здатність регенеративної насадки.

Для випадку нагріву одного тільки повітря температурні параметри роботи регенератора можна визначити з рівняння балансу тепла, віднесеного до одиниці зсовуваного палива

(V.2)

Коефіцієнт зpг = 0,8ч0,85 враховує тепловідвід регенератором в середу і витоки компонентів горіння при реверсуванні факела. В балансі тепла всього агрегату цей тепловідвід складає залежно від частоти перемикань регенераторів не менше 2--3% тепло спалюваного палива при нагріві тільки повітря і 6-- 8% при одночасному нагріві повітря і газоподібного палива, коли при його витісненні в атмосферу втрачається фізичне і хімічно зв'язане тепло.

Тепловиробництво регенератора за робочий цикл при годинній витраті палива В

(V.3)

де ? iвз -- приріст ентальпії повітря на одиницю спалюваного палива, кДж.

Необхідну поверхню нагріву однієї камери регенератора Нрг визначають з рівняння

(V.4)

де ?Т-- розрахунковий температурний натиск визначуваний при логарифмічному усереднюванні температури продуктів згоряє і повітря і противоточном їх русі, К; Крг -- коефіцієнт теплопередачі в регенеративній насадці, віднесений до тривалості робочого циклу, Вт/(м2 ·К·цикл).

Коефіцієнт теплопередачі для складного нестаціонарного теплообміну в регенеративній насадці можна визначити за умови фн = ф0 = ?ф

(V.5)

Де -- сумарний коефіцієнт тепловіддачі конвекцією і випромінюванням від продуктів згоряє до насадки, Вт/(м2 * К); бвз -- коефіцієнт конвективної тепловіддачі від насадки до повітря, Вт/(м2 К); rе -- половина еквівалентної товщини посадкової цеглини, м; л -- коефіцієнт теплопровідності насадки, Вт/(м К);

-- коефіцієнт температуропровідності насадки м2/с (Ср -- теплоємність насадки, Дж/(кг К); с -- густина насадки, кг/(м3). Другий доданок в знаменнику (V.5) враховує передачу тепла теплопровідністю і безпосередню його акумуляцію в насадочному матеріалі, що володіє певними теплофізичними характеристиками.

Коефіцієнт конвективної тепловіддачі (від продуктів згоряє до насадки і від неї до повітря) для типових насадок рівний при простій насадці

(V.6)

при насадці в розбіжку

(V.7)

при канальній насадці

(V-8)

Тут Т -- температура продуктів згоряє або теплоносія, що нагрівається, К; W -- швидкість теплоносія, м/с; dе -- еквівалентний діаметр каналу, м.

Найвищу температуру мають продукти згоряє, насадка і теплоносій, що нагрівається, на вході гріючих газів в насадку (див. мал. V.1), найнижчу -- на виході. Відповідно змінюються по висоті насадки умови тепловіддачі. Тому рекомендується величину Крr по рівнянню (V.5) визначати роздільно для верху і низу насадки, а при розрахунку поверхні регенератора вводити середнє значення коефіцієнта теплопередачі за робочий цикл. Орієнтовно при вказаній вище тривалості робочого циклу чисельні значення Крr для високотемпературних керамічних регенераторів рівні; для верху насадки 2 -- 3, для низу -- 1,5 -- 2,0 Вт/(м2 * К * період).

Слід врахувати, що при реверсі продуктів згоряє в печі з насадки регенератора, що перемикається на нагрів дуття, в робочу камеру витісняються інертні охолоджені гази. Для компенсації що виходить при цьому зниження температурного рівня робочої камери потрібна додаткова витрата палива. Крім того оскільки при кожному перемиканні насадок гальмується подача в робочу камеру компонентів горіння, виходять безпаливні простої робочої камери, складові залежно від частоти перемикання 2--5% робочого часу. Все це визначає нестійкість температурного рівня самої робочої камери регенеративної печі, що ще більше посилюється циклічними коливаннями кінцевої температури дуття.

Рис V.2. Циклічні коливання температурних параметрів керамічних регенераторів.

Ці коливання обумовлюються нестаціонарними умовами теплообміну в насадках, що періодично перемикаються. Слідством цього є безперервна зміна за часом (для всієї поверхні регенератора) температури продуктів згоряє, цеглини насадки і повітря, що нагрівається (мал. V.2).

Для технологічного процесу найважливішим є ?ТВЗ -- величина коливання кінцевої температури повітря, що нагрівається, за цикл роботи регенераторів. Циклічні коливання цього параметра залежать в основному від інтенсивності теплосприйняття у верхній (гарячіше) частині насадки, її акумулюючої здатності і тривалості складових робочого циклу регенераторів. Частіше всього ?ТВЗ = 425 ч525 К.

Цегляні регенератори звичайного типу мають широке розповсюдження, але вони мало перспективні для подальшого розвитку промислової, вогнетехніки. Зараз намітилася тенденція заміни цегляних регенераторів рекуператорами. Разом з цим ведуться пошуки по створенню нових і більш ефективних регенеративних нагрівачів дуття.

Порівняльна оцінка ефективності замкнутої і розімкненої схем

З розглянутих раніше основних напрямів використовування ресурсів тепла продуктів згоряє, що відходять, що розташовуються, найбільший інтерес представляють підігрів компонентів горіння і виробітку пари в ПОГ. Зіставлення обох напрямів використовування ВЕР по величині однієї лише економії палива не може бути об'єктивним критерієм для вибору методу використовування тепла продуктів згоряє, що відходять. Більш показовим є зіставлення кількості тепла, яке заміщає одиниця використаного тепла продуктів згоряє, що відходять, в обох напрямах.

Було показано, що при роботі на гарячих компонентах горіння напруга площі череня в камерних печах збільшується згідно формулі (Ш.1), а в методичних -- згідно формулі (Ш.8). Таким чином, продуктивність печі при її перекладі на рекуперативний підігрів повітря

і витрата палива в ній

Якби той же метал в кількості Gг нагрівався в печі з холодними компонентами горіння, витрата палива склала б

Таким чином, абсолютне зменшення витрати палива при роботі на гарячих компонентах горіння визначиться при виробленні однієї і тієї ж кількості технологічної продукції Gг

(Ш.20)

В той же час в результаті установки за піччю ПОГ знижується витрата палива в парогенераторах з автономним спалюванням палива на підставі формули (111.18)

або оскільки Вп = Gxbx

(Ш.21)

Якщо при установці рекуператора за піччю, яка працює на гарячих компонентах горіння, використовується тепло продуктів згоряє, що відходять

(ІІІ.22)

то коефіцієнт

(ІІІ. 23)

характеризує зниження витрати палива в печі на гарячих компонентах горіння, що доводяться на одиницю використаного тепла продуктів згоряє, що відходять. Аналогічно для ПОГ

(Ш.24)

(Ш.25)

Зіставлення значень Кп і Кпог більш повно характеризує ефективність того або іншого напряму використовування фізичного тепла продуктів згоряє, що відходять.

Після деяких перетворень

(ІІІ.26)

(ІІІ.27)

Так, стосовно даних, встановлених в основу мал. Ш.1, маємо при додаткових величинах для камерної печі i1 = 7500/2,457 = 3060 кДж/м3 і i2 = 1675 кДж/м3 (Тотх = 1370 К) наступні значення Кп залежно від температури підігріву повітря:

Температура повітря, К 275 375 475 575 675 775

Значення Кп по формулі (Ш.26) -- 3,35 3,04 2,85 2,72 2,80

Для методичних печей значення Кп більш високі унаслідок великих значень і менших

Слід врахувати, що чим нижче температура продуктів згоряє, що покидають установку, тим нижче Кп або Кпог, тобто тим менше одиниць тепла палива заміщає одиниця використаного тепла продуктів згоряє, що відходять. Максимальне значення rпог визначається величиною температури продуктів згоряє, покидаючих ПОГ. Якщо допустити, що Тпз = 490 К, то rпог = 0,818 і в цьому випадку по формулі (III.27) при мінімальне значенняе

Рівність гпог = 1 досягається, якщо поверхня нагріву ПІР рівна нескінченності. В цьому випадку як слід з (III.27), Кпог прагне прийняти значення

Нарешті, інтерес представляє зіставлення Кпог і Кп при однакових значеннях гПог = гп = 0,282 (для Твз = 770 К). В цьому випадку

Таким чином, у всьому практично можливому інтервалі значень rпог величина Кпог залишається набагато менше ніж Кп для камерних і методичних печей. Звідси витікає, що виходячи з числа одиниць тепла в паливі, що заміщаються одиницею тепла, використаного в теплоутилізаційних установках, перевага повинна бути відданий підігріву повітря для спалювання палива в печі перед ПО Р.

Із зіставлених формул (III.26) і (III.27) можна визначити, що по початковому паливу, що заміщається, при

(Ш.28)

Так, при підігріві повітря до Твз = 770 К в камерній печі це відношення складає

тобто одиниця використаного тепла продуктів згоряє, що відходять, для підігріву повітря заміщає в печі в 1,53 рази більше одиниць тепла в паливі, ніж в ПОГ.

Принципові схеми використовування тепла виробничої води

Вода широко застосовується для охолоджування конструктивних елементів вогнетехнтехнічних установок, а також у ряді виробничих процесів, що протікають при низьких температурах» для штучного охолоджування технологічного продукту або апаратури. Прикладами можуть служити: водяне охолоджування металургійних печей, печей хімічних виробництв; охолоджування гарячої сірчаної кислоти після контактного апарату або конденсатора; охолоджування водою різних нафтопродуктів; охолоджування конденсаторів парових турбін, масло- і повітреохолодників генераторів на електростанціях, конденсаторів змішаного типу випарних батарей алюмінієвих розчинів на глиноземних заводах; охолоджування сорочок циліндрів двигунів внутрішнього згоряє і т.д. Кінцева температура охолоджуючої води коливається в інтервалі 293--363 К, не перевищуючи в більшості випадків (323--433) К.

Нагріту виробничу воду можна використовувати, для теплопостачання і гарячого водопостачання, агротелофікації і для вироблення електроенергії.

Теплопостачання. Використання нагрітої виробничої води для теплопостачання часто утруднено через сезонний характер опалювального навантаження. Графік споживання такої води можна дещо, вирівняти, упроваджуючи гаряче водопостачання. Великі надлишки невикористаної нагрітої води, особливо, в літній період, раціонально утилізувати в абсорбція-холодильних установках.

Можливим варіантом використовування виробничої води, для теплопостачання є нагрівання вентиляційного повітря, що поступає у виробничі приміщення. Цікаві комбіновані схеми, що передбачають одночасне використовування охолоджуючої води і якого-небудь іншого вигляду ВЕР, наприклад, використовування тепла гарячого, повітря з колчеданових печей і тепла охолоджуючої води з сірнокислотних холодильників. По цій схемі (мал. IX.6) гаряче повітря з валів колчеданових печей 7 з температурою 473 К використовується в першій зоні теплообмінника 2 для нагріву води на потреби централізованого, теплопостачання комбінату і житлового селища. Температура гарячого повітря після теплообмінників складає 343 К. Охолоджувальна вода з сірнокислотних холодильників 3 використовується для заповнення витоків з теплових сітей і покриття навантажень гарячого водопостачання селища і комбінату. Вода для охолоджування кислоти подається з річки в холодильники 5, в яких нагрівається до 313 К. Потім поступає в проміжний збірний бак 4, звідки насосом перекачується до водопідготовленої установки 5. Після очищення від механічних домішок, усунення, тимчасової жорсткості і деаерації підпиточна вода подається в теплообмінник 2, де догріває до 335 К. Підпиточна і зворотна вода після змішення подається насосом в другу зону теплообмінника 2, де догріває до 355 К і поступає в теплові сіті.

В розглянутій схемі надійно забезпечено необхідне охолоджування кислоти до 308--313 К, оскільки режим роботи сірнокислотних холодильників не залежить від температурного графіка регулювання теплових сітей. В літній час установка працює з використанням тепла тільки від холодильників кислоти для гарячого водопостачання.

Мал. ІХ 6. Комбінована схема використовування тепла гарячого повітря - охолоджуючої води.

Визначення економії тепла і палива, отриманого від використовування гарячої води для теплопостачання, проводиться по методиці, приведеній в 1 розділі.

Агротеплофікація. Особливе утруднення викликає використовування тепла охолоджуючої води з низькими температурами. Це перш за все відноситься, до води, що охолоджує конденсатори парових турбін, оскільки температура її складає 293--298 К, а витрата приблизно 20 000--25 000 м3/год на кожні 100 000 кВт потужності. Підігріваючись в конденсаторі на 8--10 К ця кількість води відносить 700--800 ГДж тепла. В зв'язку з великими кількостями води, що скидається, додатковий її підігрів до температури, необхідної в теплових сітях, практично немає смислу.

Перспективним є споживання цих вод в сільському господарстві. Теплові електростанції розташовуються в основному в крупних містах і промислових центрах з великою кількістю населення. Цілорічне постачання населення свіжими овочами викликає необхідність розвитку парникового господарства. Необхідну температуру парникового ґрунту і повітря підтримують прокладкою в ґрунті нагрівальних труб і пристроєм зрошувальної системи перекриттів парникових приміщень. При суцільному плівковому зрошуванні перекриттів усередині парників може підтримуватися задана температура. Застосування асбоцементних труб і установка в необхідних випадках економайзерів низького тиску для нагріву циркуляційної води ТЕЦ дозволяють передати утилізоване тепло на віддалені, відстані з високою економічністю.

Вироблення електроенергії. Значні кількості нагрітої виробничої води на промислових підприємствах не завжди можна використовувати для теплопостачання у зв'язку з обмеженою потребою в теплі і сезонним характером теплоспоживання;

Мал. IX.7. Принципові схеми використовування фізичного тепла нагрітої виробничої води для вироблення електроенергії

У ряді випадків ефективно застосування цього вигляду ВЕР для вироблення електроенергії.

Можлива частка річного виходу тепла нагрітої води, для виробітки електроенергії майже завжди вище, ніж при напрямі його в систему теплопостачання. Особливо ефективні електроенергетичні, методи використовування гарячої води в комплексі з іншими енергоресурсами в умовах енергопостачання промислових підприємств по комбінованій схемі.

Розглянемо дві схеми використовування нагрітої води із замкнутою циркуляцією теплоносія (мал. IX.7). Нагріта вода від виробничих охолоджуваних установок 1 поступає у випарник 2. У випарнику підтримується тиск нижче тиску насичення при температурі теплоносія. Завдяки цьому частина води випаровується і отримана насичена пара поступає по схемі а в перший ступінь конденсаційної турбіни 3. Сконденсований в конденсаторі 4 пара, і що залишилася після випаровування вода насосами 5 подаються знову на виробничі охолоджувані установки. Цими установками можуть бути агрегати мають систему, охолоджування конструктивних елементів, а також устаткування для охолоджування виробничих відходів і технологічної продукції. Для споруди установки по схемі а потрібна спеціальна турбіна утилізації низького тиску з відповідним комплексом споруд систем водопостачання, електричного устаткування, будівель і інших пристроїв, а також персонал для обслуговування турбоагрегатів і пов'язаних з ним допоміжних пристроїв. Більш простими в споруді, з мінімальними капітальними витратами і експлуатаційними витратами є установки, виконані по схемі 6. В цьому випадку передбачається розміщення випарників безпосередньо на заводській ТЕЦ і подача вторинної пари в частину низького тиску теплофікації турбіни з проміжним впусканням пари 6.

В турбінах теплофікацій з відбором і конденсацією при завантаженні відборів пропускна спроможність по парі частини низького тиску турбін повністю не використовується. Так, в турбіні з одним регульованим відбором вона не використовується в розмірі

(ІХ. 2)

Де і0, іотб, ік -- ентальпія пари відповідно при впусканні в турбіну, у відборі і під час вступу до конденсатора; Dotб -- витрата з відбору.

Отже, що розвивається турбіною теплофікації потужність менше тої, яку можна було б отримати при повному завантаженні її проточної частини. Звичайно повне завантаження проточної частини здійснюється рідко і тому передбачений ГОСТом резерв потужності електрогенераторів не використовується. В цих умовах проміжне впускання пари в турбіну підвищує потужність турбіни і збільшує кількість електроенергії, що виробляється. При цьому виходить також додаткова кількість конденсату для живлення парових казанів.

Енергетична ефективність використовування, вторинних енергоресурсів для вироблення електроенергії, як правило, не залежить від загальної, схеми енергопостачання даного підприємства. Це пояснюється тим, що утилизаціона-електрогенерувальна установка заміщає в загальному випадку відповідну потужність конденсаційної електростанції.

Теплові акумулятори, типи, схеми включення і основи розрахунку

Економічність і технічна можливість використовування ВЕР залежить від того, наскільки виробництво і споживання енергії відповідають один одному. Проте в умовах експлуатації виникає невідповідність між виробництвом і споживанням енергії. Це викликає великі втрати і технічні утруднення в роботі установок. Вирівнювання експлуатаційних умов теплосилових і тепловикористовуючих установок значною мірою забезпечується акумуляцією тепла у вигляді пари, гарячої або теплої води в акумуляторах тепла. В загальному випадку невідповідність між виробництвом і споживанням енергії може бути викликаний непостійністю притоки і коливаннями витрати її споживачами. Акумулятори тепла залежно від стану акумулюючого середовища парові, пароводяні і водяні.

Парові акумулятори працюють без води, і акумуляція проводиться тільки за рахунок зміни об'єму акумулятора при постійному тиску пари (дзвонові акумулятори), або тиск пари при постійному об'ємі акумулятора (купольні акумулятори). Парові акумулятори можуть застосовуватися на тиск 0,1--0,2 МПа. Вони дуже громіздкі, так як їх розміри залежать від питомого об'єму акумулюється пари, що має великі значення при низькому тиску. Висока первинна вартість і наявність значних теплових втрат, роблять ці акумулятори нерентабельними, верб теперішній час вони не застосовуються.

Мал. IX.8. Принципові схеми включення акумуляторів Рато і Рутса.

Пароводяні акумулятори акумулюють пару конденсацією за допомогою води у момент підвищення тиску в акумуляторі. Розрядка, акумулятора, здійснюється випаровуванням води при пониженні тиску в акумуляторі, тому вони називаються акумуляторами тиску, що знижується.

Водяні акумулятори акумулюють теплу або гарячу воду при постійному тиску. Водяні акумулятори бувають циркуляційного і вттісняючого типу. В акумуляторах циркуляційного типу зміна ступеня зарядки відбувається, за рахунок зміни кількості що знаходиться в акумуляторі води, в акумуляторах витісняючого типу -- за рахунок зміни в ньому кількості гарячої води, холодною водою, що витісняється, або навпаки..

Водяні, акумулятори самі пар не віддають, а включені лише в систему підігріву води. Ці акумулятори, здатні знімати списи навантаження великої тривалості у зв'язку з великою питомою акумулюючою здатністю об'єму. Пароводяні акумулятори можуть економічно покривати списи навантаження тривалістю тільки в декілька годин.

Страницы: 1, 2