Керамічні рекуператори

Керамічні рекуператори

1

Керамічні рекуператори

Керамічні рекуператори поширені, головним чином, в чорній металургії для крупних метало-нагрівальних печей. Тут вони майже повністю витіснили регенератори на нагрівальних колодках і сталі широко застосовуватися для різних методичних печей.

Для виконання робочих елементів керамічних рекуператорів застосовують шамот як найдешевший вогнетривкий матеріал, а також карборунд і шамотно-карборундові маси. При температурі керамічної стінки близько 1300 К коефіцієнт теплопровідності для шамота складає 1,4--1,8, а для карборунда -- 9 -- 10 Вт/(м · К). З цих матеріалів виконують в основному два типи робочих елементів керамічного рекуператора: відрізки круглих або восьмигранних труб (завдовжки до 400 мм при d = 140/108 мм) і керамічні блоки фасонів.

Мал. V.4. Трубчастий керамічний рекуператор (а) і блоковий (б).

Трубчастий керамічний рекуператор полягає по висоті з шести відрізків восьмигранних труб (мал. V.4, а). Стикові фланці цих труб сполучені плитками фасонів і утворюють шість каналів для перехресного руху повітря, що нагрівається. Блоковий керамічний рекуператор (мал. V.4, б) має, чотири канали. Блоки встановлені один на інший так, що внутрішні канали кожного блоку є продовженням каналів нижчележачого блоку. Площини примикання блоків шліфуються.

Недоліком керамічних рекуператорів є, низька газова густина.

Нещільність керамічної поверхні обумовлюється: великим числом стиків між окремими, елементами рекуператора, які не можуть повністю герметизуватися; природною пористістю (10--20%) керамічної стінки малої товщини (15--20 мм); розтріскуванням цієї стінки унаслідок градієнта температури; можливим роз'їданням керамічного матеріалу, розплавленим віднесенням. Перетікання нагріваємого повітря в продукти згоряння, що виходить, викликає перевантаження тягових і дуттєвих пристроїв, що знижує продуктивність пічного агрегату, а також погіршує якість горіння через брак повітря в робочій камері. Для усунення цих недоліків застосовують спеціальні схеми включення керамічних рекуператорів. По одній з них (мал. V.5, а) рекуператор приєднують до робочої камери пічного агрегату з розташуванням дуттєвого вентилятора на холодній стороні повітряного тракту. Перевагою такої схеми є мінімальна витрата електроенергії. Проте в застосуванні до керамічних рекуператорів ця схема дає величезне (до 60--70%) перетікання нагріваємого повітря, оскільки при цьому різниця тиску повітря і продуктів згоряння найбільша.

Мал. V.5. Можливі схеми включення керамічних рекуператорів:

а -- дутьєвий вентилятор на стороні колоди; б -- дуттєвий вентилятор на гарячій стороні; в -- відсмоктування повітря газоцівковим насосом.

На гарячій стороні ця різниця тиску складає

де -- кінцевий тиск повітря, рівний опору гарячих повітреводів (, включаючи і горілочний пристрій); Р'п.с -- розрідження в газоході перед рекуператором, рівне опору предвключенного газового тракту.

Різниця тиску на холодній стороні рекуператора значно збільшується і складає

де Р'вз -- початковий тиск дутьєвого повітря; Р''п.с -- кінцеве розрідження в газах; -- повітряний опір рекуператора; -- газовий опір рекуператора.

Схема (мал. V.5, б) для зменшення різниці тиску повітря і газів передбачає включення дутьєвого вентилятора на стороні гарячого повітря. При цьому різниця тиску повітря і газів на холодній стороні знижується і складає

Різниця тиску повітря і газів на гарячій стороні.

що відповідає частковому просмоктуванню димових газів в нагріте повітря, або що визначає перетікання гарячого повітря в димові гази.

Опір гарячих повітроводів долається в даному випадку за рахунок тиску, створюваного вентилятором. Із зменшенням перетікання повітря температура нагріву повітря знижується до 600--700 К, та зате збільшується витрата електроенергії на переміщення повітря з даною температурою.

Цей недолік усувається в схемі (мал. V.5, в) застосуванням газоцівкового насоса, як який використовується, газовий-змішувач пальник підвищеного тиску при помірній стехіометричній витраті повітря. Проте застосування газоцівкових, насосів надзвичайно утруднено при спалюванні, природного газу, на 1 м3 якого потрібен 9--10 м3 повітря, і повністю виключається при мазутовому опалюванні печей.

У зв'язку з недостатньою газовою густиною необхідно обмежувати для керамічних рекуператорів різницю тиску повітря і газів до ?Рх.с = 150ч200 і ?Рг.с=50ч100Н/м3, а швидкість продуктів згоряє і повітря -- до 0,8--1,3 м/с для повітря (по кількості, що поступила до пальників) і 1,4--1,8 м/с для продуктів згоряння на вході в рекуператор. В цих умовах коефіцієнт теплопередачі складає 2--4 Вт/(м2 · К).

Співвідношення повітряної і газової поверхонь складає для блокових керамічних рекуператорів приблизно 2,0--2,3, а для трубчастих 1,3--1,5 при масі 1 м2 повітряної поверхні відповідно 180--200 і 120--140 кг. Таким чином, 1 м3 повітряній Поверхні керамічного рекуператора має в порівнянні із сталевими трубчастими приблизно в 5 разів меншу ефективність теплосприйняття і в 6 разів велику масу. Звідси можна зробити висновок про малу перспективність застосування керамічних рекуперативних нагрівачів дутьєвого повітря.

Установки для зовнішнього енергетичного використовування тепла газів

Обмежені можливості технологічного використовування тепла продуктів згоряє високотемпературних печей, що відходять, обумовлюють необхідність додаткового їх використовування для вироблення пари технологічного і енергетичного призначення в парогенераторах. В СРСР в 1939 р. вперше були введені в експлуатацію парогенератори з димогарними трубами. Перший парогенератор на продуктах згоряє (ПОГ), що відходять, з примусовою, циркуляцією був встановлений за мартенівською піччю в 1947 р. В цьому ж році вийшла перша серія безпаливних парогенераторів.

Установка ПОГ за мартенівськими печами дає можливість не тільки використовувати фізичне продуктів згоряє, що тепло відходять, але значно поліпшити роботу самої печі. Устаткування мартенівських печей безпаливними парогенераторами з димососной тягою сприяє скороченню тривалості плавки на 6,3--14,5% збільшенню продуктивності печі на 5,8--18%, підвищенню стійкості зведення на 10--13%, подовженню кампанії печей на 10--15% і скороченню питомої витрати технологічного палива на 2,0--5,5%.

Основним чинником, що визначає збільшення продуктивності мартенівських печей і скорочення тривалості плавки, є теплова форсировка печей, можлива завдяки запасу розрідження, який створюється димососом парогенератора.

Потужність ПОГ виражається по-різному залежно від їх застосування і призначення. Для великої групи парогенераторів, які встановлюють за мартенівськими і прокатними печами в чорній металургії, потужність прийнято обчислювати в тисячах метрів кубічних продуктів згоряє, що пропускаються через парогенератор в годину. Наприклад, мазка КУ-100, КУ-125 означає котел- утилізатор, проникний через парогенератор 100 і 125 тис. м3/ч продуктів згоряє. В деяких випадках потужність ПОГ характеризується відповідної їй технологічною потужністю виробничого агрегату. Наприклад, марки ОКГ-100 і ОКГ-250 означають охолоджувачі конверторних газів, встановлювані за конверторами для переділу чавуну місткістю 100 і 250 т. Потужність деяких ПОГ, що використовуються в кольоровій металургії і хімічній промисловості, виражає їх паровиробіток (т/год). Наприклад, марка казана УКЦМ 25/40 розшифровується так: казан утилізації для кольорової металургії паровиробітком 25 т/год, тиск пари 4 МПа.

Числення потужності парогенераторів в тоннах годинної продуктивності найбільш правильно для всіх ПОГ незалежно від області їх застосування і призначення, оскільки паровиробіток є найважливішим показником, що визначає енергетичне значення парогенератора.

Параметри пари ПОГ. Вибір параметрів пари для першої серії ПОГ грунтувався на аналізі теплового балансу металургійних заводів. Основними теплоносіями на металургійних заводах були: перегріта пара тиском 4,5 МПа з температурою 723 К (заводські ТЕЦ); перегріта пара тиском 3,3--4,0 МПа з температурою 698--723 К (доменні турбоповітродувки і турбогенератори); перегрітий .пар тиском 1,3--1,8 МПа з температурою 598--648 К (ексгаустери, парові приводи насосів і компресорів); насичена пара тиском 0,4--0,7 МПа (технологічні потреби цехів). Тому перша серія ПОГ була розрахована на наступні параметри пари: тиск 1,8--4,5 МПа і температура перегріву 598--673 К. При необхідності передбачався додатковий перегрів пари до 723--733 К в центральному пароперегрівачі на місці споживання. Пара цих параметрів, повинен був замінити пару від звичайних топочних парогенераторів. Раніше можливість такої заміни виправдовувалася.

В даний час крупні промислові ТЕЦ працюють на парі високих параметрів. Крім того, різко зросла теплова потужність більшості вогнетехничних установок. В результаті збільшилася продуктивність відносяться до них ПОГ, обчислювана десятками і навіть сотнями тонн пари в годину. В найближчі роки у зв'язку із збільшенням одиничної потужності типових печей і застосуванням нових комбінованих, енерготехнологічних установок, що продовжується, паровиробіток ПОГ зросте ще більше. Тому для нових найбільш могутніх ПОГ необхідне застосування високих параметрів пари порядка 10--14 МПа при 813--833 К, доповнюючих низькі і підвищені параметри, що використовуються зараз.

Класифікація ПОГ. Принципи класифікації наступні:

1. По температурі продуктів згоряння на вході в парогенератор То . По цьому параметру ПОГ діляться на низькотемпературні при Т0 < 1075--1175 К і високотемпературні при То >1375--1475 К.

Такий розподіл на дві групи, з межею між ними в області 1275 К, обумовлюється кореною зміною саме в цій області умов тепловіддачі, від продуктів згоряє (при температурі нижче 1075--1175 К переважає конвекція, а при температурі 1375--1475 К-- радіація) і зміною агрегатного стану технологічного і паливного віднесення, яке при температурі 1175--1275 К міститься в продуктах згоряє переважно в рідкому стані.

2. По параметрах пари ПОГ діляться на парогенератори низьких (1,5 МПа при 575 К), підвищених (4,5 МПа при 725 К) і високих параметрів (10--14 МПа при 825 К).

3. За способом циркуляції води ПОГ діляться на парогенератори з багатократною примусовою циркуляцією (МПЦ) і парогенератори з природною циркуляцією.

В основному застосовуються ПОГ з примусовою циркуляцією, на виготовлення яких витрачається менше металу, ніж на виготовлення парогенераторів з природною циркуляцією води. Вони більш компактні і відрізняються стійкою циркуляцією при будь-якому навантаженні. Циркуляційний насос працює з постійним числом оборотів, тому при зниженні навантаження парогенератора кратність циркуляції збільшується, а при його форсировці -- дещо зменшується. При примусовій циркуляції можна розташовувати барабан на деякій відстані від ПОГ, а також встановлювати один барабан на два або декілька парогенераторів.

Примусова циркуляція дає можливість застосовувати трубки малих діаметрів (наприклад, 32 X 3 мм), для яких коефіцієнт теплопередачі конвекцією в 1,5 рази більше, ніж для звичайно вживаних при природній циркуляції кип'ятильних труб діаметром 83 мм Це особливо важливо для низькотемпературних ПОГ, в яких вирішальне, значення має конвективний теплообмін.

Недоліком ПОГ з примусовою циркуляцією є залежність надійності його експлуатації від джерел електропостачання.

Безтопливні парогенератори з природною циркуляцією мають обмежену інтенсивність паротворення, особливо при низькому питомому теплоспрйнятті випарної, системи, і непридатні для мінімальних навантажень, близьких до розпалювальних або гарячому резерву (менше 20--30%).

4. За конструктивним принципом ПОГ діляться на змієвикові, конвективні і радіаційно-конвективні парогенератори. Крім того, ПОГ бувають П - образної форми, баштового і горизонтально-тунельного типів.

ПОГ першої групи встановлюють переважно за ванними регенеративними і камерними рекуперативними печами в чорній металургії (мартенівські і методичні печі, нагрівальні колодязі), а також в хімічній промисловості (печі з киплячим шаром і ін.). До цієї ж групи відносяться установки сухого гасіння коксу.

ПОГ другої групи встановлюють за відбивними печами в кольоровій металургії (плавильними, рафінувальними і шлаковозгоночними). Вони входять також до складу циклонних енерготехнологічних установок, освоюваних в хімічній промисловості і кольоровій металургії; До цієї ж групи відносяться, і конверторні парогенератори, встановлювані за сталеплавильними конверторами.

Теплотехнічні особливості низькотемпературних парогенераторів

Особливості низькотемпературних парогенераторів визначаються великим пропусканням продуктів згоряє на одиницю виробленої пари D. Відношення знаходиться в прямій залежності від температури продуктів згоряє на вході в ПОГ Т0:

То, К 925--875 1125--1075 1525-1975 Парогенератори з автономним спалюванням палива

, м3/кг 6--8 3--3,5 2,0--2,5 1,2--1,5

Відношення робить вплив на послідовність включення і відносний розвиток тепловикористовуючих елементів; допустиме охолоджування продуктів згоряє, можливість і шляхи інтенсифікації теплосприйняття.

Мал. VI.1. Послідовність включення тепловикористовуючих елементів деяких низькотемпературних ДОГ: 1- пароперегрівач; 2 -- випарні пакети; 3 -- барабан-сепаратор; 4 -- економайзер.

Послідовність включення тепловикористовуючих елементів деяких низькотемпературних ПОГ, що знаходяться в експлуатації, показана на мал. VI. 1. Першим по ходу продуктів, згоряє повинен включатися пароперівач, оскільки при То = 1075ч1175 К для забезпечення навіть помірного (до 675--725 К) перегріву пари потрібен значне, розвиток поверхні пароперегрівач, незважаючи на. високе значення відношення .

Мал. VI.2. Послідовність включення(а) і графік розподілу температур (б) в низькотемпературних ПОГ.

Додаткове охолоджування продуктів згоряє, забезпечуване водяним економайзером, вельми трохи, оскільки воно визначається величиною

(VI.1.)

Відношення залежить від То і різко знижується при зменшенні То. Тому іноді (наприклад, при використовувань невеликої кількості низькотемпературних продуктів згоряє) водяний економайзер до складу казана не включають, оскільки при цьому тепловикористовуюча установка істотно спрощується, а її економічність знижується трохи.

Кінцеве охолоджування продуктів згоряє, здійснюване в низькотемпературному ПОГ, включеному по схемі мал. VI.2, а, безпосередньо залежить від відношення , тобто від величини То, а також від тиску пари, яка виробляється. Користуючись графіком розподілу температур (мал. VІ. 2, б), можна визначити, температуру продуктів згоряє, що йдуть

(VI. 2)

В цьому рівнянні прийнятий граничний нагрів живильної води Тп.в = Тн.в -- Тп.в ; -- мінімальна (економічно виправдана) різниця температур продуктів згоряє і води, тобто мінімальний температурний натиск в крапці, де вода нагрілася до Тн.в і почалося паротворення. Орієнтовно можна вважати К. Аналіз рівняння (VI.2) показує, що:

а) в низькотемпературних ПОГ, в яких використовування тепла завершується у водяному економайзері, температура продуктів згоряє, що відходять, обернено пропорційна величині То;

б) при однаковій кількості підведеного тепла до низькотемпературного ПОГ і до .парогенератору з автономним спалюванням, палива к. і. т.в ПОГ завжди менше ніж в парогенераторі з автономним спалюванням палива і тим менше ніж більше відношення тобто чим нижче То. Наприклад, к. і. т. в низькотемпературному ПОГ складає 0,5--0,6, а в парогенераторі з автономним спалюванням палива -- 0,8--0,9.

Прагнення до зниження в низькотемпературних ПОГ приводить до погіршення його показників:

,К 525 500 475 450 425

D, т/год 5,2 5,8 6,3 6,8 7,3

F, м3 400 500 700 1000 1650

Збільшення паровиробництва D на 40% приводить до збільшення поверхні нагріву парогенератора на 300%. Такий шлях підвищення до. і. т. в низькотемпературному ПОГ неекономічний, а отже, непридатний.

Підвищення тиску пари і температури живильної води, що виробляється, що дає зменшення ?ТП.В, викликає необхідність відповідного збільшення , тобто веде до зниження до. і. т. низькотемпературного ПОГ. Таким чином, теплова економічність ПОГ опиняється в суперечності з ефективністю електроенергетичного використовування що виробляється їм пари, залежною від тиску пари і глибини регенеративного нагріву живильної води добірною парою турбіни. Тим самим зумовлюється використовування низькотемпературних ПОГ для покриттів переважно виробничо-технологічного, теплового навантаження.

Страницы: 1, 2, 3, 4