Установки для внутреннего теплоиспользования

Регенеративное теплоиспользование позволяет не просто ути­лизировать теплоту отходящих потоков (например, газов, рис.1), но снижает расход топлива и, кроме того, улучшает ра­боту основной технологической (например, печи) или энергети­ческой (например котельной) установки.

Работа технологической печи улуч­шают повышением температуры горения при использовании по­догретого воздуха, что, в свою очередь, повышает полноту горе­ния топлива и интенсифицирует процесс теплообмена между по­током газа и нагреваемой средой.

В некоторых случаях регенерацию теплоты целесообразно ис­пользовать и на низкотемпературных потоках. Например, с по­мощью вентиляционных выбросов подогревают поток воздуха, подаваемого в помещение, уменьшив, таким образом, расход энергии на отопление.

Во многих случаях возможности технологического (внутренне­го) теплоиспользования ограничены. Поэтому, если в данном производстве за счет регенерации не удается полностью исполь­зовать всю энергию, то нужно попытаться найти других потреби­телей этой энергии. Главная трудность при решении этой проб­лемы обычно состоит в том, чтобы найти потребителя. Приходиться анализировать уже не только свое производство, но и дру­гие.

Рисунок 18.1 - Схема нагревательной печи с регенерацией теплоты уходящих газов:

1 — горелка; 2 — рабочий объем печи; 3 — нагреваемые детали;

4 — воздухонагреватель.

Горючие ВЭР (например, доменный и коксовый газы метал­лургического комбината, жирный газ нефтепереработки) сжига­ются в топках котлов, печей вместе с другими видами топлива.

За счет ВЭР избыточного давления в турбинах обычно получа­ют электроэнергию.

Из всех ВЭР наибольшую долю составляют тепловые.

Тепловые ВЭР газовых потоков с высокой (> 400 °С) и сред­ней (100—400 °С) температурой обычно используют для произ­водства пара и горячей воды с помощью паровых или водогрей­ных котлов-утилизаторов.

Широко распространены в настоящее время системы испари­тельного охлаждения элементов высокотемпературных печей. В печах многие элементы приходится делать из металла — прежде всего это несущие и поддерживающие балки.

Но металлы могут работать толь­ко при умеренных температурах до 400—600 °С, а температура в печи намного выше. Поэтому металлические элементы печей де­лают полыми и внутри них циркулирует охлаждающая вода.

Охлаждаемые элементы печи здесь выполняют роль испарительной поверхности, в которой теплота уже не сбрасывается окружающую среду, а идет на выработку пара.

Котлы-утилизаторы

Для использования теплоты отходящих газов различных техно­логических установок, в том числе и печей, применяются котлы-утилизаторы, вырабатывающие, как правило, пар. При высоких температурах газов (более 900 °С) эти котлы снабжаются радиа­ционными (экранными) поверхностями нагрева и имеют такую же компоновку, как и обычный паровой котел, только вместо топки — радиационная камера, в которую снизу входят газы. Воздухоподогреватель отсутствует, если горячий воздух не нужен производству.

Первичное охлаждение газов в свободном от змеевиков объе­ме необходимо для затвердевания уносимых из печи расплавлен­ных частиц шлака или технологического продукта до того, как они прилипнут к холодным змеевикам и затвердеют на них.

Если отходящий из технологических установок газ не содер­жит горючие компоненты, то такой котел горелочных устройств не имеет. Эти котлы работают с естественной или принудитель­ной циркуляцией и имеют практически все детали котельных аг­регатов.

При конструировании котлов-утилизаторов, использующих те­пловые отходы, следует учитывать содержащиеся в греющих га­зах агрессивные компоненты, например, сернистые газы, посту­пающие из печей обжига серосодержащего сырья. Если в подво­димых к котлу технологических газах есть горючие составляю­щие, организуют их предварительное дожигание в радиационной камере, которая в этом случае фактически превращается в топку.

При температуре газов ниже 900 °С и котлах-утилизаторах обычно используются только конвективные поверхности нагрева.

Наиболее сложно найти применение низкопотенциальным те­пловым ВЭР (t<100 °С). В последнее время их используют для отопления и кондиционирования промышленных и жилых зда­ний, применяют тепловые насосы для повышения температурно­го потенциала или для получения холода. Такие ВЭР использу­ют только на отопление близко расположенных теплиц или ры­боводных хозяйств.

В промышленных условиях охлаждение дымовых газов до тем­пературы ниже 100 °С весьма затруднительно прежде всего из-за конденсации водяных паров. Холодные стенки труб, по которым циркулирует нагреваемая среда, запотевают и подвергаются ин­тенсивной коррозии. Чтобы исключить коррозию, промышлен­ные подогреватели воздуха иногда изготавливают из некорродирующихся стеклянных труб. Если нет вибрации, такие трубы ра­ботают достаточно долго.

Для подогрева воды низкотемпературными газами (t< 100 °С) начинают использовать контактные экономайзеры, представляю­щие собой обычные смесительные теплообменники.

Вода в них нагревается за счет теплоты контактирующих с ней газов. Поверхность контакта капель воды с газом большая, и те­плообменник получается компактным и дешевым по сравнению с рекуперативным (трубчатым), но вода насыщается вредными веществами, содержащимися в дымовых газах.