Басниев К.С. Энциклопедия газовой промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗА

Дымоход (дым

60° С)

10%

удаляемый воздух

Воздух подогретый

50°

Природный

газ

Горелка

Воздух

250°

90%

рециркуляция

•*—

Воздух

новый

Теплообменник воздух/воздух

ПГ~

пг~

п\

Головка

укладки

Направление движения

бумаги

Укладка

бумаги.

8.5.5.3.2.3.2.

Текстильная

и бумажная

промыш-

ленность

Используемый процесс в значительной степени

одинаков в этих областях промышленности:

вращающиеся цилиндры, обогреваемые

обычно

паром,

сушат продукт, который наворачивается на

них. Этот метод сушки все более и более дополня-

ется или радиационным шкафом (дополнение

радиационной сушки), либо

вытяжным

шкафом го-

рячего воздуха (дополнение конвективной сушки).

8.5.5.3.2.3.3.

Сельхоэпищевая

промышленность

Речь

идет о сушке и нагреве муки с целью облег-

чения удаления загрязняющих материалов.

Это дисковая сушилка, обогреваемая паром.

Перевод котла на газ позволяет использовать теп-

ло дыма, так же как автоматизацию процесса.

Материал

для сушки

, Горелка

В котельную

Сушилка.

785

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

8.5.5.3.3.

Несколько экономических

показа-

телей

Национальное потребление энергии на сушку

поднялось в 1988 году до 6,5 Mtep со следующим

распределением:

Промышленность

Снабжение

сельскохозяйствен-

ной продукцией

Химия

Картон

бумажный

Цементная

Текстильная

Кирпичная

Лесная

Гипсовая

Керамика

Потребление

Mteo/год

2,0

1,6

1,22

0,93

0,34

0,2

0,15

0,05

0,03

% от общего

потребления

8.5.5.4.

Нагрев промышленных жид-

костей

8.5.5.4.1.

Введение

Значительное число отраслей промышленности

еще осуществляют нагрев жидкости теплообме-

ном

(или впрыском) с теплоносителем. Поступая

от центральной котельной, она распределяется по

заводу через сеть, иногда достаточно протяжен-

ную.

Эта энергетическая схема предполагает каскад

КПП,,

который ведет к потреблению энергии боль-

шеи,

чем теоретически необходимо для нагрева

жидкости.

В действительности, общий КПД нагрева явля-

ется произведением трех КПД:

— КПД котла:

тепло переданное жидкости Q,

Т| = = —-;

тепло сгорания топлива Q

— КПД распределения:

тепло пригодное к потреблению Q

тепло переданное жидкости Q^'

— КПД использования

газа:

полезное тепло в жидкости Q

~ тепло пригодное к потреблению ~ Q^'

Общий КПД нагрева жидкостей через часто

встречающиеся централизованные установки на-

ходятся в пределах 50 - 70%. Он может

быть

зна-

чительно

ниже этих величин, когда не существует

необходимого

соотношения между средствами

производства

(и распределения)

тепла

и потребно-

стью использования.

8.5.5.4.2.

Удобства специальных способов

использования

газа

Возможность

газовой аппаратуры располагать-

ся рядом с нагреваемой жидкостью и ее высокие

характеристики

позволяют значительно

улучшить

КПД

нагрева

тому же, она придает оборудованной установ-

ке

автономию по отношению к остальным установ-

кам

завода.

8.5.5.4.3.

Специальная аппаратура

8.5.5.4.3.1.

Погружное горение

8.5.5.4.3.1.1.

Принцип и

оборудование

нагрева

Процесс состоит во введении в прямой контакт

продуктов сгорания газа и нагреваемой жидкости.

Чтобы

это сделать, используются два техничес-

ких

решения:

— барботаж продуктов сгорания через жидкость;

— всасывание жидкости продуктами сгорания.

8.5.5.4.3.1.1.1.

Оборудование

барботажного

на-

грева

Оно состоит из горелки, диффузора и дисперси-

онной

рампы дыма.

Диффузор охлаждается воздухом горения во

избежание контакта жидкости с горячей стенкой,

чтобы

избежать "намокания" (погасания) пламени.

Распределительная рампа выпускает продукты

сгорания

в сосуде на глубине от 500 до 800 мм

высоты, необходимой,

чтобы

они выходили насы-

щенные водой при температуре жидкости.

Снабжение горелки должно осуществляться

под

давлением достаточным,

чтобы

преодолеть

гидростатическое

давление и потери

давления

горелке,

т.е. порядка 150 - 200 мбар.

Располагаемое оборудование имеет диапазон

изменяемых мощностей от 100 до 1000 кВт.

Воздух (

Диффузор ,

• /

Оборудование

барботажного

подогрева.

8.5.5.4.3.1.1.2.

Оборудование

нагрева

с помощью

впрыскивания

жидкости

в продук-

ты сгорания

Это оборудование с разнообразными конструк-

циями сопровождается наиболее часто впрыски-

ванием жидкости в отводимых продуктах сгорания

с промежуточной стенкой. Этот тип аппаратов сей-

час включается в цепь циркуляции нагреваемой

жидкости

(см. рисунок с. 787).

786

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗА

Награааемая

жидкость

Газ

"ч—Г-1—

-1—

|—Г»

I I

г!

О О О О О

Оборудование

для

нагрева 'впрыскиванием'

(документ

Mat

KUckher).

8.5.5.4.3.1.2.

КПД и

характерная

температура

Здесь

будет изучаться только случай барбота-

жа;

модификация оборудования разбрызгивания

может

быть

осуществлена, если известны темпе-

ратура и гидрометрия продуктов сгорания.

Для

высоты

барботажа, относительно неболь-

шой (500 - 800 мм), поверхность обмена между

баней и дымом очень велика, последний эвакуиру-

ется с температурой бани и обусловливает КПД на-

грева.

При температуре продуктов сгорания горелки ни-

же

точки росы (в,) будет иметь место конденсация

части пара в продуктах сгорания, т.е. разбавление

бани;

КПД нагрева составляет более

100%

P.C.I.

При температуре дыма выше точки росы будут

иметь место испарение

воды

и обогащение бани.

При температуре свыше 70°С КПД нагрева быс-

тро уменьшается,

чтобы

стать равным нулю при

максимальной температуре нагрева (0т).

цС/PCS

цС/PCI

1,0

0,9

0,8

0,7

0.6

0,5

0,4

0.3

0Л

0,1

п -

избыток

аоздуха

-09

-0.6

-0,7

-0.6

-0.5

-0,4

-03

=ъх-

=«.1-

<:—

л-

п-

000

Кс

200^

ждем

одукт

1-эа

ация

оасго

аоды

|рания

\\\

&м

иаоообывиа

!ЛврвНИв

ОвНИ

у-

д\

У \\\\

\ш

\Ш

1.100

п-121

,-isJ

Темп

>Р«тура,"С

20304050607080

90 100

Природный

газ Лака.

Суди

аоздух горения

Погружное горение

воде.

КПД

нагрева

зависимости

от

температуры

для

разных условий регулирования.

Газ

типа Лак

Газ

Гронингвн

Пропан

коммерческий

Водород

59,2

58,7

53,9

76,1

От

89,5

89,4

89,6

92,4

Величины

температуры

точки

росы

в,

максимальной

тем-

пературы

нагрева О^для

стехиометрического

сжигания

сухом воздухе

при

(тс.

8.5.5.4.3.1.3.

Обмен

вода-продукты

сгорания

Контакт между водным раствором и продуктами

сгорания способствует взаимному обмену состав-

ляющих частей. Различные газы, входящие в про-

дукты сгорания, растворяются в воде до насыще-

ния; они обусловливают также процесс окисления.

Так, диоксид углерода (СО-.), который составля-

ет

около 10% объема дыма, хорошо растворяется

в воде. Вода превращается в слабую кислоту с

рН-5.

787

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Диоксид

азота (NO2) приводит к образованию

азотной

и азотистой кислот; рН, равное 3, достига-

ется

только

после большого времени нагрева.

Кислород при

обычном

содержании от 1 до 4%

не

оказывает

влияния

на происходящий процесс,

его

растворимость не превосходит

мг/л.

Разнообразие

нагреваемых промышленных

жидкостей

ведет к многочисленным исследовани-

ям.

Очевидны

определенные правила, которым на-

до следовать:

— кислотная баня может

быть

нагрета продукта-

ми

сгорания;

— возможен нагрев слабощелочной периодически

обновляемой бани, т.к. продукт теряет свои ка-

чества относительно медленно;

— в

сильно

щелочных банях (рН s 9) интенсивны

процессы нейтрализации и карбонизации. По-

этому

их нельзя нагревать.

8.5.5.4.3.2.

Погружные

трубы

8.5.5.4.3.2.1.

Традиционные

погружные

трубы

Оборудование состоит прежде всего из горелки,

обычно

с принудительной подачей воздуха, и ме-

таллической трубы, в которой развивается пламя

охлаждаются продукты сгорания. Труба-тепло-

обменник полностью погружена в нагреваемую

жидкость. Диаметр

трубы

определяется мини-

мально необходимым для развития пламени сече-

нием.

Оборудование

подогрева

погружной

трубой.

Диаметр,

определенный таким образом, оказы-

вается достаточно большим в силу небольших ско-

ростей

движения дыма.

Вследствие этого:

— удельная поверхностная мощность относитель-

но невелика и находится между 10 и 30 кВт/м

(в зависимости от температуры

выхода

дыма);

— большая длина трубы;

— КПД =

80%

по P.C.I.

8.5.5.4.3.2.2.

Компактная

погружная

труба

целью большой компактности используются

горелки,

дающие

высокую

интенсивность сгорания

(горелки

предварительного смешения или проти-

вовращающиеся),

которые позволяют снизить раз-

меры камеры сжигания.

Компактная

погружная

труба.

Небольшой диаметр трубы-теплообменника

позволяет

получить

высокую

скорость истечения

дыма и в связи с этим

получить:

— высокий коэффициент передачи тепла, поряд-

ка

35 - 55 кВт/м

;

— меньшую длину

трубы

при приемлемом КПД.

На практике длина и диаметра

трубы

определя-

ются таким образом,

чтобы

КПД был от 85 до 95%

по P.C.I.

8.5.5.4.3.2.3.

Сравнение

погружных

труб

тради-

ционных

компактных

Коэффициент теплообмена погружных компакт-

ных труб в два раза больше, чем у традиционных.

Поэтому

поверхность теплопередачи при той же

мощности

для компактной погружной

трубы

будет

в два раза меньше.

8.5.5.4.3.3.

Компактные погружные теплообменники

Компактный погружной теплообменник-это мо-

ноблок в форме параллелепипеда, погруженный в

нагреваемую жидкость.

В первой зоне обмена циркулируют, с одной сто-

роны, между гладкими трубами продукты сгора-

ния,

с другой стороны, внутри их жидкость, переме-

щающаяся

за счет термосифона. В этой зоне теп-

лопередача имеет

большую

величину, от 40 до

160

кВт/м

; и составляет около

70%

общей переда-

ваемой

жидкостью мощности.

Во второй зоне - струйный теплообменник или

теплообменник с гофрированными стенками;

высокий коэффициент теплопередачи позволяет

отбирать у дыма оставшиеся

30%

тепла; продукты

сгорания покидают, таким образом, теплообмен-

ник с температурой, близкой к температуре жид-

кости.

788

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Как

показывает таблица, этот тип теплообмен-

ника обладает одновременно

большой

мощностью

значительным

энергетическим совершенством.

Компактный теплообменник может нагревать

практически

любые

жидкости. Однако, обладая

большой

поверхностной

мощностью первой части,

надо избегать погружения в жидкость

сильно

"за-

груженной" части, что часто может привести к за-

купорке и, таким образом, к разрушению аппарата.

Характеристика

компактного

теплообменника

Мощность Р. С.

1.,

кВт

Высота,

мм

Длина, мм

Ширина, мм

КПД,

% Р. С. 1.

CPJ-150

100-200

500

1 150

250

92-96

CPJ-300

200-350

500

1 800

250

93-95

CTG-200

100-250

500

1 245

150

94-96

CTG-400

250-500

500

1 325

250

93-96

Отвод

Подача

гаэоеоздушной

U Горелка

горения

Окончание I^J

стенки

\л|

Камера»

сгорания

Зажиг

Подача

гаэоеоздушной

смеси

«НИ»,|*Л,

\кл

Струйный

компактный

погружной

теплообменник

CPJ-150.

Теплообменник

погружной

гофрированными

стенками

CTG-400.

Струйный

теплообменник

Стенка теплообмена с жидкостью

Жидкость^!

Теплообмен через гофрированную

тонкую стенку

Жидкость.

>АЗ-

Жидкость

Принципиальная

схема

двойного

теплообменника.

789

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Данные проблемы

Температура

жидкости: Q

Природа жидкости

Необходимая мощность: Р

Компактный

теплообменник

Труба погружная:

-обычная

или

- одна или несколько

погружных компактных

Труба компактная

погружная

Погружное горение

Диаграмма

выбора

газовой

техники.

8.5.5.4.4.

Выбор

специальной газовой техники

Прежде чем заняться проблемами выбора тех-

ники

в зависимости от располагаемого места, оп-

ределенное число параметров позволяет уже сде-

лать

выбор с точки зрения нагрева жидкости.

8.5.5.4.5.

Применение

— Отопление помещений;

— обезжиривание;

— очистка;

— производство горячей воды.

8.5.5.5.

Нагревательные печи

метал-

лургической и керамической

промышленности

8.5.5.5.1.

Общее использование

Этот тип печей особенно интересен для метал-

лургической промышленности. Под другими назва-

ниями они также используются в производстве ке-

рамики

и, в некоторых

случаях,

в производстве

стекла.

8.5.5.5.2.

Принцип устройства и работы

Эти печи имеют постоянное нагреваемое прост-

ранство разнообразной формы, адаптированное к

размерам,

форме и природе деталей, нагреваемым

продуктам или продуктам варки, находящимся в

неподвижном или мобильном положении, в соот-

ветствии с типом используемой в течение всего

времени нагрева печи.

Встречаются печи следующих типов:

— печи с мобильным и неподвижным подом;

—

толкательные

печи;

— печи с продольной балкой и с прорезью;

— печи с прорезью;

— печи с вращающимся подом;

— печи "Pits" или мостовые;

— печи с металлическим ковром;

— печи колесные;

— печи с вагонетками.

Нагрев деталей может осуществляться продук-

тами сгорания, циркулирующими в печи, или путем

нагрева деталей, помещенных в муфли, вокруг ко-

торых циркулируют продукты сгорания.

Как вариант непрямой обогрев может осуществ-

ляться

с помощью радиантных труб.

При прямом нагреве печи обогреваются с по-

мощью горелок,

тщательно

размещаемых вокруг

пространства,

чтобы

создать

наилучшую

равно-

мерность отопления. За счет возможного создания

большого числа точек нагрева газ имеет с этой

точки зрения большое преимущество.

Можно использовать горелки всех типов: индук-

ционные с использованием в качестве движущей

силы жидкости, воздуха или газа; горелки с раз-

дельным

снабжением воздух-газ или в некоторых

случаях

смешанные горелки: газ-жидкое топливо,

позволяющие применять отдельное или совмест-

ное сжигание

двух

видов топлива.

С точки зрения экономии энергии, кроме уста-

новки рекуператоров.предназначенных для на-

грева окислителя и прежде всего топлива, надо

выделить

использование в последние годы кера-

мического

волокна, имеющего небольшую тепло-

вую инерцию, для сооружения отражающих сте-

нок,

а так же применение нового обогревающего

оборудования, среди которого:

— струйные горелки, интенсифицирующие кон-

векцию внутри топки и обеспечивающие хоро-

шее распределение температур;

790

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗА

— авторекуператорные горелки, которые могут в

определенных

случаях

успешно заменить ме-

таллические рекуператоры и осуществляющие

снижение

потребления тепла на 25 - 35%;

— регенеративные горелки, позволяющие достичь

высоких температур порядка 1 400 -1 500 °С в

зависимости

от температуры нагрева продукта.

8.5.5.5.3. Результаты эксплуатации

8.5.5.5.3.1.

Металлургия и машиностроение

8.5.5.5.3.1.1.

Толкатвльныв

или балочные печи

— Для слитков: 450 - 700 кВт

•

ч/т в зависимости от

способа

работы - постоянно или непостоянно.

— Для болванок: 350 - 700 кВт

•

ч/т.

8.5.5.5.3.1.2.

Печи

"Pit" (рис.

с. 792)

— Слитки горячей посадки: 210 - 280 кВт

•

ч/т;

— слитки холодной посадки: 420 - 500 кВт

•

ч/т.

8.5.5.5.3.1.3.

Печи с неподвижным подом

Подогрев слитков для холодной посадки около

500 кВт

•

ч/т.

8.5.5.5.3.1.4.

Печи балочные

Подогрев слабый - около 420 - 530 кВт

•

ч/т.

8.5.5.5.3.1.5.

Печи с вращающимся подом

Ковка

и штамповка: около 450 -1000 кВт

•

ч'т в

зависимости

от техники нагрева и условий эксплу-

атации.

8.5.5.5.3.2. Керамика

8.5.5.5.3.2.1.

Камерные печи

— Подогрев фарфора (960°С): 2,5 -1,8 кВт

•

ч/кг.

— Керамические изделия (1260°С): 4,8 - 2,3 кВтч/кг.

— Обжиг фарфора (1

400°С):

2,4 - 2,7 кВт

•

ч/кг.

8.5.5.5.3.2.2. Печи с вагонетками или туннель-

ные печи (рис. с. 792)

— Обжиг кирпича (950/1000°С): 280 - 350 кВт

•

ч/т.

— Обжиг черепицы (950/1000°С): 280 - 410 кВт

•

ч/т.

8.5.5.6.

Плавильные печи

8.5.5.6.1.

Общая часть

Литейное производство из отходов второй плав-

ки,

это процесс, при котором расплавленный ме-

талл

заливается в формы, чтобы изготавливать

определенные детали (промышленные изделия,

литье), имеет во Франции четыре принципиальных

сектора:

— литье стали,

— литье чугуна,

— литье медных сплавов,

— литье легких сплавов.

Таблица на с.793 содержит несколько величин

энтальпии при температуре текучести наиболее

часто встречающихся и наиболее характерных ме-

таллов.

Выгружные

ролики

Под

и лонжерон

из

сеерхтермостойких

материалов

Селико-алюминиевый сеод

большим содержанием

алюминия

Горелки

Труба

Погрузчик

; Подъемник

Подъемник

Балочная печь

для

подогрева

стальных

болванок.

Рычаг

сочленения

791

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗА

Сечение А-В

Покрытие

I////////////////////////////////;

Горелка

Рекуператор •

7777///////,

п п

11 11 11 11 11

I I I I I I I И

///////////////////Л

Горелка

Слитки

77777777777,

Выходы

дыма

Рекуператор

Дымоход

с/п п п •

•

/ODDDDD

DDDD

СечениеС-0

Прямоугольная

печь

типа

"Pit"

с двумя

горелками

по

диагонали.

Удаление дыма

Входная

камера

шмра

[Г

Рециркуляция

рекуперация

Толкатель

X*X«X*X"NV-

Подогрев

Обжиг

Охлаждение

1П

Резервный

путь

• Движение

продукции

Вагонетки

Загрузка

вагонеток

Входной транспортер

Разгрузка вагонеток

Выходной

транспортер

-М

Схема

туннельной

печи для обжига

деталей

из

керамики.

792

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Температура

текучести,

°С

1500

1400

1300

1 200

1 050

750

720

Металлы

Чугун

Монель

(70%

Ni, 30% Си)

Сплав

меди и алюминия (84%

Си,

11%

Al, 5%Ni)

Бронза

(88%

Си,

12%

Sn)

Латунь

(65%

Си,

35%

Zn)

АЛЮМИНИЙ (20% Si)

АЛЮМИНИЙ (5% Си)

Энтальпия,

кВт

•

ч/т

360

280

250

190

180

400

300

Плавление:

величина

энтальпии при температуре текучес-

ти

некоторых

металлов.

8.5.5.6.2.

Классификация

плавильных

печей

Различают

следующие типы печей:

— мартеновские печи (эти типы печей практичес-

ки

исчезли во Франции);

Ось вращения

Сливной

носик

3erp

Продукты

\ ~

сгорания

Приподнятый

^-—корпус

,^«-

Тигель

_Воздух

*Г\

Газ

\ J

Горелка,

^^^ Jr

расположенная

тангенциально

Опора

тигеля

— вагранки;

—

ванные

печи;

—

тигельные

печи;

— вращающиеся печи.

I I I I I I—L

Вид со

стороны

горелки

Удаление

дыма

План

Принципиальная

схема

тигельной

печи для плавки

бронзы,

оборудованной

футляром.

Отражательная

печь

для

плавки

цветных

металлов.

Металлы

Сталь

Чугун

ковкий

Сплавы

меди

Легкие

сплавы

Сплавы

цинка

Тип печи

Ванная (Мартеновская)

Вагранка + конвертер

Вращающаяся

Вагранка

Ванная (отражательная)

Тигель (малые количества)

Дуплькс (вагранка —*• электропечь)

Вращающаяся

Тигельные

Вращающаяся

Ванная (отражательная)

Тигельные

Ванные

(отражательные)

Тигельная с камером

Температура текучести

1550°С

1 400°С

1200°С

700°С

450"С

Потребление энергии

500 -1 500 кВт

•

ч/т

1 500 - 800 кВт

•

ч/т

400

кВт

•

ч/т

Различные

типы

газовых

печей,

используемых

в литейном

производстве

металлов.

793

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗА

Регенератор

Свод

Регенератор

орелка,

Стекло

' '

'..'

' '' '

I'^^

*•

•• •• /• ц__^- II

Хорелка

Под

Ванная печь

поперечными

горелками.

Вид сбоку.

ттттг

плоскодонной ванной

стекла

.Зафузка

печи

Зона плавки

3. Зона провара

Зона горячего

разлива

Разливка

Фидер

Регенератор

неглубоким

стеклом

Ванные

печи

поперечными

горелками.

8.5.5.6.3. Принципы строительства

работы

В этих типах печей пространство,

котором про-

водится операция (обычно плавка), является про-

странством,

котором происходит

горение.

Пространство может быть разной формы:

— печь

вертикальным объемом

вагранок;

— печь

прямоугольным объемом (неподвижным

или опрокидывающимся)

для

железистых

цветных металлов;

— вращающаяся печь

для

плавки железистых

цветных металлов.

8.5.5.6.3.1.

Наиболее распространенные устройства

Наиболее распространенные устройства следу-

ющие:

— Обогрев продольный

Пламя

распространяется параллельно большой

оси

прямоугольника, либо

обеих сторон его, либо

в форме заколки для волос (печь-петля). Горелка

и выход продуктов сгорания часто расположены

на одной

той

же

малой стороне прямоугольника;

— Обогрев поперечный

Пламя

перпендикулярно продольной печи. В этом

случае его движение должно быть ограничено ши-

риной печи.

Условия работы печей могут быть следующими:

— горелка работает постоянно

возможностью

нагрева воздуха горения

рекуператорах

до

температуры

от

500

до

700°С;

— горелка работает периодически (система

ин-

версии)

требует использования керамических

регенераторов, позволяющих подогреть воздух

горения более чем до 1

000°С.

8.5.5.6.3.2. Другие плавильные печи

В случае небольшого производства цветных ме-

таллов

или необходимости производства большо-

го

числа сплавов разнообразного состава доста-

794