Дахин С.В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях

Подождите немного. Документ загружается.

120

вибрации с большой частотой. Наиболее эффективна вибро-

очистка вертикальных труб. Для передачи колебаний трубам

используются вибраторы эксцентрикового типа и пневмовиб-

роторы.

Импульсная очистка основана на ударном воздействии

волны газов. Устройство для импульсной очистки представля-

ет собой камеру, внутренняя полость которой сообщается с

газоходами котла, в которых расположены поверхности нагре-

ва. В камеру периодически подаѐтся смесь горючих газов с

окислителем, которая воспламеняется искрой. При взрыве

смеси в камере повышается давление и образующиеся волны

газов, распространяясь по межтрубному пространству, очи-

щают поверхности нагрева от загрязнений.

6.2.2. Энергетическое использование тепловых отходов

технологических камер

Котлы-утилизаторы

Котлы-утилизаторы (КУ) применяют для внешней

энергетической утилизации тепловых отходов различных теп-

лотехнологических установок, не используемых или частично

используемых для регенерации в технологическом процессе:

теплоты отходящих газов технологических установок, теплоты

технологической продукции, шлаковых отходов и пр. [50].

Использование тепловых отходов в КУ обеспечивает

получение дополнительного пара, горячей воды, не водяного

технологического теплоносителя и т.п., что приводит к эконо-

мии топлива на предприятии.

Работа котлов-утилизаторов и их отключение практиче-

ски не оказывают влияния на основной технологический про-

цесс, однако, в ряде случаев КУ способствуют улучшению ус-

ловий работы технологического агрегата. Например, располо-

жение КУ за мартеновской печью даѐт возможность на охлаж-

121

дѐнных уходящих газах установить дымосос, что благоприят-

но сказывается на работе печи.

Конструкция КУ и режим их работы определяются осо-

бенностями греющего теплоносителя, т.е. зависят от техноло-

гического агрегата – источника ВЭР.

При низкотемпературных тепловых отходах (ниже 1100

– 1200 К) применяют газотрубные и водотрубные конвектив-

ные установки.

При высокотемпературных тепловых отходах (выше

1400 – 1500 К) применяют радиационно-конвективные КУ.

По параметрам получаемого пара КУ можно разделить

на котлы с низкими параметрами (p – до 1,5 МПа, T – до 600

К) и повышенными параметрами (p ≥ 4,5 МПа, T ≥ 725 К).

Испарительное охлаждение промышленных печей

Так как технологический процесс промышленных печей

характеризуется, прежде всего, высокой температурой, то воз-

никает необходимость организации охлаждения элементов их

конструкций. Это преследует две основные цели – не допус-

тить разрушения конструкции и, при этом, утилизировать теп-

лоту в системах охлаждения. Как правило, в качестве охлаж-

дающих систем для высокотемпературной технологии исполь-

зуется испарительное охлаждение, что позволяет за счѐт высо-

кой теплоотдачи при испарении существенно снизить количе-

ство необходимой воды и минимизировать затраты на устрой-

ство самой системы охлаждения.

Принципиальные схемы систем испарительного охлаж-

дения приведены на рис. 36.

Паропроизводительность систем испарительного охла-

ждения определяется поверхностью нагрева охлаждаемых

элементов и удельной тепловой нагрузкой, зависящей от тем-

пературы в печи и состояния изоляции элементов.

122

1 – барабан; 2 – охлаждаемый элемент; 3 – циркуляционный

насос; 4 – конвективные поверхности нагрева котла; 5 - паро-

перегреватель; 6 – воздухоподогреватель

Рис. 36. Принципиальные схемы систем испарительного

охлаждения:

а – система с естественной циркуляцией; б – система с много-

кратной принудительной циркуляцией; в – система комбини-

рованная с котлом с многократной принудительной циркуля-

цией; г – система, комбинированная с котлом с естественной

циркуляцией

123

Ниже приводятся данные о теплоте, передаваемой ох-

лаждаемым элементам рабочей камеры некоторых печей [49].

Доменная печь:

- плитовые холодильники – 5 – 10 МВт;

- холодильники заплечиков и фурменной зоны - 5 – 10

МВт.

Мартеновская печь - пятовые балки, рамы завалочных

окон, фурмы и газовые кессоны для оголѐнной поверхности –

3,5 – 6 МВт.

Методическая нагревательная печь - глиссажные и

опорные трубы – 1,5 – 3 МВт.

Шахтная ватержакетная печь – вертикальные кессоны –

5 – 7 МВт.

Электросталеплавильная печь – система конструкций

электродов – 5 – 6 МВт.

Электроферросплавная печь – система конструкций –

0,6 – 0,8 МВт.

Использование теплоты, излучаемой печами

На рис. 37 [49] показан пример использования теплоты,

излучаемой корпусом вращающейся печи. Потери теплоты на

излучение составляют 10 – 15 %. Для утилизации этой теплоты

применяются неподвижные кольцеобразные экранирующие

теплообменники, устанавливаемые по длине печи. Теплота,

теряемая печью, отбирается циркулирующей в теплообменни-

ках химически очищенной водой и далее используется в сис-

теме теплоснабжения предприятия.

Применение теплоиспользующих теплообменников

приводит к снижению температуры корпуса печи на 70 – 150

С, что способствует уменьшению его деформации, снижению

осевых усилий на опоры, улучшает условия образования об-

мазки в печи и повышает стойкость еѐ футеровки.

Естественно, что по указанной схеме возможна утили-

зация теплоты излучаемой другими печами.

124

1 – корпус вращающейся печи; 2 – неподвижные кольцеобраз-

ные экранирующие теплообменники; 3 – насос; 4 – 6 - потре-

бители; t

, t

– температура холодной и горячей воды на входе

и выходе из экранирующих теплообменников

Рис. 37. Схема использования теплоты, излучаемого

вращающейся печью

Использование физической теплоты раскалѐнного кокса

Физическая теплота раскалѐнного кокса в тепловом ба-

лансе коксовой печи имеет существенный вес, но при мокром

тушении кокса она теряется безвозвратно [49].

Полезное использование теплоты раскалѐнного кокса

возможно при его сухом тушении. При этом получают энерге-

тический пар. На рис. 38 показана принципиальная схема ус-

тановки для сухого тушения кокса (УСТК).

Раскалѐнный кокс при температуре 1000 – 1100

С по-

ступает в тушильную камеру. Через кокс противоточно проду-

ваются инертные газы (продукты сгорания), которые, охлаж-

дая кокс до 200 – 250

С, нагреваются до 750 – 800

С. Нагре-

тые газы, проходя котѐл, охлаждаются до 150 – 170

С и дымо-

сосом вновь подаются в нижнюю часть тушильной камеры.

При сухом тушении значительно улучшается качество

кокса, и одновременно вырабатывается 0,4 – 0,45 т энергетиче-

ского пара на 1 т загружаемого кокса.

125

1 – камера тушения; 2 – пылеосадительный бункер; 3 – котѐл;

4 – пылеулавливающие циклоны; 5 – дымосос

Рис. 38. Схема использования теплоты раскалѐнного кокса

Применение тепловых труб (термосифонов) для утилизации

теплоты

Тепловая труба представляет собой герметичный кон-

тейнер с фитилѐм. Фитиль содержит рабочую жидкость, кото-

рая служит теплопередающей средой. Если теплота подаѐтся к

одному концу тепловой трубы (испарителю), то жидкость в

фитиле на этом конце испаряется, пар поступает к более хо-

лодным зонам тепловой трубы (конденсатору), в которых про-

исходит конденсация, и скрытая теплота конденсации отво-

дится [51].

126

Работа тепловой трубы зависит от еѐ наклона к гори-

зонтальной поверхности, размера пор фитиля и поверхностно-

го натяжения рабочей жидкости. Количество передаваемой те-

плоты определяется также скрытой теплотой фазового перехо-

да рабочей жидкости, которая должна быть как можно выше.

Теплообменники с тепловыми трубами обладают мень-

шим КПД, поскольку тепловая труба создаѐт дополнительное

термическое сопротивление по сравнению с другими типами

теоплообменников, например рекуперативными. Однако, при-

менение тепловых труб привлекательно прежде всего тем, что

зоны нагревания (испарения) и охлаждения (конденсации) мо-

гут быть разнесены в пространстве друг относительно друга,

что, в ряде случаев, имеет первостепенное значение при про-

ектировании системы утилизации теплоты.

На рис. 39 [33] показана принципиальная схема двух-

ступенчатого утилизатора теплоты уходящих газов.

1 – тепловые трубы (термосифоны); 2 – корпус; 3 – крышка

Рис. 39. принципиальная схема двухступенчатого утилизатора

теплоты уходящих газов

Утилизатор предназначен для полезного использования

теплоты уходящих, например, из технологических печей газов

(400 – 500

С). Через емкость, ограниченную корпусом 2, пе-

127

ремещается нагреваемая вода, омывающая внешнюю поверх-

ность верхней части нагревательных трубок - термосифонов.

Корпус снабжен верхней крышкой 3. Нижняя часть нагрева-

тельных трубок расположена в газоходе, по которому переме-

щаются уходящие газы. В результате происходит отбор тепло-

ты от этих газов, снижение их температуры и, соответственно,

нагревание воды.

Уменьшение тепловых потерь с уходящими газами

обеспечивает энергосбережение при эксплуатации печей на 25

- 40 %.

Основными областями применения теплообменников с

тепловыми трубами являются:

- утилизация теплоты для нагревания воздуха или газа,

используемого в самом процессе;

- утилизация сбросной теплоты для целей отопления

или других нужд вне технологического процесса.

6.2.3. Использование горючих газов от технологических

агрегатов

Горючими газами от технологических агрегатов назы-

вают газы, которые могут быть использованы в качестве топ-

лива.

Непрерывно выделяющиеся горючие газы при постоян-

ном их расходе и составе используются непосредственно как

топливо в технологических процессах и для выработки пара

или электроэнергии без каких-либо затруднений.

При периодическом поступлении горючих газов непре-

рывное их использование для энергетических агрегатов воз-

можно при применении специальных систем: с газгольдерами;

с паровыми аккумуляторами; с тепловыми аккумуляторами.

На рис. 40 [49] показана принципиальная схема систе-

мы использования конвертерного газа как топлива с газгольде-

ром.

128

Рис. 40. Система использования конвертерного газа как

топлива с газгольдером

В газгольдер должны поступать врывобезопасные газы.

Нижний предел допустимого содержания горючих газов, по-

ступающих в газгольдер, определяется верхним концентраци-

онным пределом их воспламенения в смеси с воздухом. Ниж-

ний предел содержания СО в газе кислородных конверторов,

поступающих в газгольдер, после газоочистки составляет 50

%, свободного О

в газе не должно быть более 3 %.

Необходимая ѐмкость газгольдера определяется усло-

вием непрерывного и постоянного во времени отпуска газа по-

требителям при периодическом и переменном графике его по-

ступления от технологических агрегатов: