книги из ГПНТБ / Щукин А.А. Экономия топлива в черной металлургии. Повышение тепловой эффективности огнетехнических агрегатов

эффективность установки и выявить узлы установки, где имеются потери эксергии, вскрыть причины этих потерь и наметить мероприятия по их уменьшению.

Особенно большими потерями эксергии сопровождается процесс горения, кото­ рый всегда связан с теплоотдачей факела (продуктов сгорания), являющейся также необратимым процессом.

Диссоциация газов увеличивает потерю эксергии. Эксергия увеличивается при нагреве исходных компонентов процесса сгорания —• топлива и воздуха (подогревают, как известно, только газообразное и отчасти жидкое топливо; твердое топливо не

20

Отсюда видно, что чем выше подогрев воздуха, тем меньше потери от необратимо­ сти при горении в рабочем пространстве печи.

Величина подогрева воздуха влияет и на потерю эксергии с уходящими газами. Эти потери также заметно сокращаются при подогреве воздуха.

В качестве примера на рис. 6 изображен тепловой (а) и эксергетический (б) балансы 150-т мартеновской печи, работающей на мазуте при скрап-рудном процессе (с испарительным охлаждением).

Тепловой к. п. д. печи составляет 54,3%, эксергетический к. п. д. 32,1%. Эксергетические балансы являются дополнительной характеристикой; их составляют дополнительно к тепловым балансам в сложных случаях, когда определяют наивыгод­ нейшее размещение поверхностей нагрева для использования тепла отходящих газов котлов-утилизаторов, регенераторов или рекуператоров, т. е. энерготехнологических установок.

и др.), к. п. д. — невысокие чаще всего вследствие больших потерь тепла с газами, уходящими из рабочего пространства печи, достигаю­ щих 30—60% от общего расхода тепла печью.

Для уменьшения этих потерь стремятся к более полному исполь­ зованию тепла газов и к уменьшению их количества (путем сжигания топлива с минимальными избытками воздуха и устранения присосов воздуха в печи).

Более полное использование тепла газов достигают интенсифика­ цией теплообмена в рабочем пространстве печи и лучшим использо­ ванием тепла газов в самом рабочем пространстве печи и осуществле­ нием регенерации тепла отходящих газов в регенеративных устрой­ ствах для подогрева воздуха, а при избытке тепла использованием его в котлах-утилизаторах. Путем создания в печи наиболее интен­ сивного факела и правильного размещения садки, т. е. усилением теплопередачи от газов к садке, часто удается резко повысить сте­ пень использования тепла в рабочем пространстве печи. Подогрев воздуха, поступающего в печь, повышает температуру факела в ее рабочем пространстве, что резко усиливает теплообмен между газами

чины температурного перепада газов в рабочей камере печи, что видно из формулы

Лисп = 1 - 7 0 . Л (ИЛ )

21

v°r/tfi и чем больше коэффициент избытка воздуха в топочном устрой­ стве ее. Отношение xfi/iP меняется от 1,1 до 2,2 и, следовательно,

следующие. Газы от печей выносят много пыли, технологического уноса, шлака и других включений, взвешенных в потоке; много пыли содержится в газах из отражательных печей при выплавке из концентратов медной руды промежуточного продукта — штейна

нагрева теплоиспользующих установок. Рекуператоры и регенера­ торы быстро загрязняются и выходят из строя и попытка их исполь­ зовать каждый раз заканчивалась неудачей.

Из шахтных печей заводов цветной металлургии (ватер-жакетных) выносится рудная пыль, пары и окислы металла (от 3 до 8% всей массы шихты). Газы из этих печей содержат 14—16% СО и до 4—5% S02 . Также много пыли выносится с газами от чугунолитейных вагранок, в составе которых содержится 8—12% СО. Окись углерода является вредной для здоровья человека составляющей и ее необхо­

автономные воздухоподогреватели, снабженные топками для сжига­ ния газа. Чистые продукты сгорания, обтекая поверхности нагрева воздухоподогревателей, исключают возможность их загрязнения и обеспечивают нормальную эксплуатацию [5].

Ниже приведены возможные конструкции автономных воздухо­ подогревателей. В топках автономных воздухоподогревателей можно использовать мазут, обеспечивая его бездымное сжигание при помощи ротационных форсунок или циклонных камер.

При сжигании топлива в печи с нагретым воздухом в рабочих пространствах печей развиваются более высокие температуры, полу­ чается экономия топлива, а производительность печей увеличивается. При достаточно высоком подогреве воздуха — до 500—800° С коли­ чество сэкономленного от применения горячего дутья топлива будет больше расхода топлива для автономного подогрева воздуха, что

23

является очень важной предпосылкой организации такого подогрева воздуха. Тепло отходящих из печей запыленных горячих газов

вая т р у б а ; 4 — г о р е л к а ; 5 — г а з о п р о в о д ; 6 — в о з д у х о п о ­ д о г р е в а т е л ь ; 7 — в е н т и л я т о р

воздуха и его расхода для сжигания газа. Если температура газов высока, как, например, в отражательной медеплавильной печи, где она составляет 1100—1300° С, а часть пыли находится в расплавлен­ ном состоянии, то за печью устанавливают котел-утилизатор с экра- ном-шлакогранулятором. При помощи экрана резко снижают темпе­ ратуры еще до конвективной поверхности котла, и частички шлака затвердевают (гранулируются). Котел вырабатывает пар энергети­ ческих параметров, который передают для использования в турбинах заводской ТЭЦ.

Влияние подогрева воздуха на производительность печей

В высокотемпературных камерных печах с большим свобод­ ным объемом рабочего пространства (плавильные отражательные и мартеновские печи, нагревательные колодцы и др.) тепло передается нагреваемой поверхности в основном лучеиспусканием газов и кладки. Температура газа в объеме различна: наиболее низка она у пристен­ ного слоя газа в непосредственной близости к нагреваемой поверх­ ности, но чем дальше от них отстоят слои газа, тем выше температура газа. На температурное поле оказывают большое влияние процессы горения, движение струй газа и конвективный теплообмен. Сложная картина теплообмена очень трудна для математического моделирова­ ния и поэтому пользуются приближенными решениями. Наиболее простой способ учета теплообмена имеет место, если формулу для расчета количества тепла, переданного поверхности нагреваемого материала Q„ привести к классическому закону Стефана-Больцмана:

24

Производительность печи G составит

Ы— прирост энтальпии нагреваемого материала на единицу его количества с учетом разности тем­

щий собой передачу тепла от печного пространства к наружной поверхности нагреваемого материала или изделий. Внутренний теплообмен — это процесс освоения тепла массой нагреваемого мате­

внешним теплообменом (если расплавленный металл непрерывно стекает с кусков шихты), а в нагревательных печах при нагреве массивных тел теплопередачей ограничивается теплопроводностью нагреваемых материалов.

Температура газов не остается неизменной, а изменяется по ходу их от наивысшей до температуры, с которой газы уходят из печного

разность четвертых степеней температур газов и нагреваемого мате­ риала.

25

Наиболее простым является среднегеометрическое усреднение

где Тт — абсолютная теоретическая температура сгорания топлива при адиабатных условиях, °К, если сжига­ ние осуществляется в рабочем пространстве печи, или температура, с которой газы попадают в рабо­ чее пространство, если топливо сжигают в обособ­ ленной топке;

Т°ы и Тм — абсолютные начальная и конечная температуры ма­ териала, °К;

Т0. г — абсолютная температура газов, отходящих от рабо­ чего пространства печи, °К.

Если выразить температуру в долях от абсолютной теоретической

В тех случаях, когда температура нагреваемого материала не меняется по длине рабочего пространства, а меняется только темпе­ ратура газов, усреднение осуществляют по формуле

Для определения величины конвективной теплоотдачи исполь­

26

количество тепла, переданное нагреваемой поверхности, будет: при переменной температуре поверхности tM — var

Из написанной формулы видно, что количество переданного тепла лучеиспусканием от печного пространства нагреваемому мате­ риалу резко зависит от абсолютной теоретической температуры горения Тт, которая в свою очередь при заданном топливе опреде­ ляется условиями горения и величиной подогрева воздуха. Однако надо помнить, что при очень высокой температуре факела теорети­ ческая температура ограничивается диссоциацией продуктов сго­ рания (СО з и Н 2 0 ) .

Экономия топлива при применении горячего воздуха

При работе на горячем воздухе повышается калориметриче­ ская температура сгорания топлива, а следовательно, и действи­ тельная температура в печи. Производительность печи повышается, а расход топлива понижается. Вычислить удельные расходы топлива при работе на холодном воздухе и с горячим дутьем можно на основа­ нии тепловых балансов печи. Будем считать, что во всех случаях, рассмотренных ниже, сжигается одно и то же топливо (газ или мазут) с определенной теплотой сгорания Q„. Установка работает со следую­

27

Лисп — коэффициент использования тепла в долях от QS

из двух частей: из расхода топлива на собственно технологический

коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду (в долях от расхода тепла на технологию). Коэффициент у выбирают на осно­ вании детального расчета потерь тепла в окружающую среду или по опытным данным.

Соответственно удельный расход топлива при горячем дутье будет

Экономия топлива от подогрева воздуха (на единицу шихты или

28

где G2 — производительность печи при работе на горячем воздухе. Если пренебречь потерями тепла от недожога топлива, то коэффи­ циент использования можно выразить следующим образом: без подогрева воздуха

газе с Q" = 8350 ккал/кг. Нужно определить экономию топлива от подогрева до 450° С воздуха, идущего на сгорание, если дано: температура отходящих газов t0, г = = 800° С, коэффициент избытка воздуха по газам а = 1,05, потери тепла рекупера-

29