Керамічні рекуператори

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, 3, 4