книги / Справочное пособие по теплотехнологическому оборудованию промышленных предприятий

ной п отр еби тел я м и в ы работки №возм в связи с несовпадением режимов выхода ВЭР

выми ВЭР тепловой выработки заводской или районной ТЭЦ отрицательно ска­ жется на работе ТЭЦ (турбоустановка ТЭЦ работает в теплофикационном режиме н удельный расход топлива на ТЭЦ возрастает). С учетом этого обстоя­ тельства можно записать:

теплофикационному графику турбинами ТЭЦ на единицу отпускаемого потреби­ телю тепла, кВ т-ч/ГД ж ; bK, Ьг — удельный расход топлива на выработку элек­ троэнергии в теплофикационном турбогенераторе, работающем соответственно в конденсационном и теплофикационном режимах, т у. т/(кВт-ч).

Экономия исходного топлива при выработке холода

В ряде случаев ВЭР используются в качестве энергетического или технологи­ ческого топлива. Тогда экономия исходного топлива

АВ^озм = 0,0342117ВОЗ1г]1т)2 т у.т.,

где И^03М — величина использования горючих ВЭР, ГДж/год; i^, TI2 — соответ­

ственно КПД огнетехнической установки при работе на горючих ВЭР и исходном топливе.

Аналогичным образом (но с подстановкой в формулу соответствующих зна­ чений Wjiogu) определяются значения экономии ДВЭк, ДВил и ДВф.

6.4. Экономический эффект от использования ВЭР

Экономическая эффективность использования ВЭР определяется минимумом приведенных затрат в сопоставляемых вариантах:

91

тивного планирования экономические расчеты упрощаются. Учитываются лишь укрупненные сопоставимые показатели утилизационной и энергетической уста­ новок. Для каждого варианта возможного использования ВЭР экономия рас­ четных затрат

Э= £ Экфт + (Саам — Су.у) + £п (ф/Сзпм — /Су.у),

где Сзам—Су.у— разность между удельными эксплуатационными расходами, связанными с выработкой единицы энергии на замещаемой Саам и утилизацион­

вложения в замещаемую установку для выработки того же количества энергии, которое производится утилизационной установкой, руб.; Ку.у — капиталовложе­ ния в утилизационную установку, руб.

Коэффициент ф определяется в зависимости от типа утилизационной уста­ новки (по гарантированной мощности) с учетом надежности энергоснабжения от утилизационных установок.

При определении эффективности использования ВЭР на действующих пред­ приятиях, когда энергетическая установка, работа которой будет полностью или частично замещена, не может быть использована для других целей, капиталовло­ жения в замещающую установку не учитываются (/<эам=0 ).

Заводская эффективность использования ВЭР (прирост чистой прибыли за счет сокращения поставок топлива, поступления тепла и электроэнергии со сто­ роны) может быть определена по формуле

кращение потребления электроэнергии со стороны за счет утилизации ВЭР, кВт-ч/год; Цэ — тариф энергосистемы, руб/(кВ т-ч); СуТ — себестоимость производства элек­

троэнергии на утилизационной установке, руб/(кВт • ч); АС — сокращение эксплуа­ тационных затрат по предприятию в связи с переходом на использование вторичных энергоресурсов (кроме расхода на обслуживание утилизационных установок), руб/год; а — нормативная плата за производственные фонды; ДФ — увеличение стоимости производственных фондов предприятия в связи с переходом на использование ВЭР, руб.

Срок окупаемости капиталовложений на утилизацию ВЭР Т=АФ/АЛ.

6.5. Использование технологических отходов огнетехнической установки

Согласно классификации огнетехнических установок, использование энергии ВЭР возможно по трем направлениям. Первое предусматривает внутреннее теплонспользование (замкнутые схемы). При этом ВЭР применяются для про­ цессов, протекающих в основных технологических установках. Второе направле­

92

ние предусматривает внешнее теплонспользование. Оно реализуется в огнетех­ нических установках с разомкнутыми схемами. В таких схемах тепло ВЭР идет внешним потребителям, не связанным с процессами, протекающими в основной технологической установке, являющейся источником ВЭР. Третье направление — использование тепла ВЭР в комбинированных установках, где ВЭР применяются одновременно для внутренних и внешних целей.

Внутреннее теплонспользование осуществляется путем регенерации тепла (энергии) технологических отходов. Регенерация — использование тепла техно-

Рис. 6.3. Топливоиспользованне по замк­ нутой схеме:

логических отходов или материала (дымовые газы, шлаки, кусковой целевой про­ дукт) в теплотехнической установке, где эти отходы (целевой продукт) полу­ чаются. Регенерация технологических отходов огнетехннческой установки чаще всего заключается в нагреве компонентов рабочей смеси (воздух н исходное топливо) продуктами сгорания технологических зон установки. Значительно реже

цией тепла отходящих газов. Как видно нз этого рисунка, регенерация является мощным средством повышения тепловой эффективности огнетехннческой уста­ новки и рационализации теплонспользовання в ней.

Ограниченные возможности использования ВЭР для внутреннего теплонспользования (регенерации) обусловили их применение для выработки энергетического и теплотехнического пара, производства холода. Все эти мероприятия выпол­ няются в огнетехнических установках с внешним теплонспользованием. В таких установках применяются котлы-утилизаторы разного назначения. Так, для использования тепла дымовых газов мартеновских и нагревательных печей про­

таллургии для этих целей устанавливают котлы-утнлнзаторы серии УКЦМ (ути­ лизационный котел цветной металлургии).

6.6. Регенерация тепла технологических отходов

Наиболее прост и достаточно часто встречается случаи регенерации тепла про­ дуктов сгорания топлива путем подогрева воздуха-окислителя и топлива (рис. 6.4).

Воздух-окислитель при температуре Тй 0 поступает в регенеративный воздухоподо­

греватель, где его температура повышается до значения Тп 0. При этом температу­

ра дымовых газов Тух г снижается до 7уХг. Подогретый воздух-окислитель, топливо при температуре Тт и технологическое сырье (материал) Ты направляются в хамеру 1.

93

Технологически обоснованная температура подогрева дутья обусловлена необхо­ димым теплопритоком в рабочую камеру или ее зону 2 Q» обеспечивающим темпе­

ратурный уровень процесса Тп с. При регенеративном (рис. 6.4) и автономном (рис. 6.5) подогреве дутья можно записать:

2 < г= < Я + < г;.0 + < 2„.

где Q' 0 — теплоприток с воздухом-окислителем, кД ж /кг (м3); Qu — теплоприток с технологическим сырьем, поступающим на тепловую обработку, кД ж /кг (м3).

а

т

где а — коэффициент расхода воздуха.

При достаточно высоком температурном уровне процесса температура реге­ неративного подогрева воздуха может оказаться недостаточной для обеспечения требуемого теплопритока в зону.

Существует ряд методов оценки экономии тепла от регенерации технологи­ ческих отходов огнетехнических установок. Остановимся на методике, изложен­ ной в работах [107, 108].

Экономия тепла за счет подогрева компонентов рабочей смеси

*уХ.Р “Ь 1в.о "Ь *Т

94

Для установок, в которых подогревается только воздух-окнслитель,

Количество сэкономленных в результате регенерации технологических отхо­ дов топлива можно представить выражением

АВ — ВЭЭпоЯг

Топливный эквивалент подогрева ЭПОд учитывает то обстоятельство, что 1 кДж

ИЛИ

1

Тогда

АВ = ВЭ-

Чи.т

Видимый расход топлива огнетехнической установкой с регенерацией (без внешнего теплоиспользования)

где ДдРд — видимый расход брутто топлива на установку, кг/с; АВвид — экономия

видимого расхода топлива на установку за счет регенерации, кг/с.

Наряду с высокой технологической н экономической эффективностью реге­ неративный подогрев имеет и некоторые ограничения, которые определяются в основном технико-экономическими соображениями. При регенеративном подо­ греве выше 700—800 °С его эффективность сильно снижается, а капиталовложе­ ния увеличиваются. Кроме того, при таких температурах полностью исключается

топлива, м3/м3 (кг) : V'0 = aV0.

95

Высокий подогрев компонентов рабочей смеси экономически выгоден и целе­ сообразен по чисто технологическим соображениям, когда температура процесса близ­

ка к температуре дымовых газов в рабочей камере: Ттехн Тпс. Однако далеко не

всегда подогрев за счет тепла отходящих газов может удовлетворить нужные теплопритоки в рабочую камеру. Возможность высокотемпературного регенеративного нагрева за счет использования ВЭР затрудняется или полностью исключается в еле. дующих случаях: когда требуется подогрев свыше 800° С и по этому параметру могут быть использованы только керамические подогреватели, а газы, покидающие технологическую камеру, имеют большое количество расплава; когда газообразные технологические отходы имеют сравнительно низкую температуру, как это имеет место в доменном производстве (доменный газ выходит при температуре 250—350° С и за счет этого тепла невозможно значительно подогреть дутье). В этих случаях используют автономный подогрев. На рис. 6.6 приведена возможная схема авто­ номного подогрева дутья шахтных печей. При автономном нагреве дутья могут использоваться подогреватели различного типа — регенеративные (кауперы доменных печей) или рекуперативные (нагрев дутья для вагранок и пр.).

В технологическом отношении автономный подогрев дутья может быть равноценен регенеративному, однако в экономическом он всегда менее выгоден, так как в подогревателе используется дополнительное количество топлива. Ущерб от такого дополнительного расхода топлива будет минимальным, если подогреватель работает на низкокачественном и более дешевом топливе, как это имеет место в доменной печи, где стоимость кокса на порядок выше стоимости эквивалентного количества тепла доменного газа.

6.7. Внешнее использование тепла технологических отходов огнетехнических установок

В отличие от регенерации утилизация ВЭР возможна только в установках

свнешним теплоиспользованием.

Втопливно-энергетическом балансе большинства промышленных предприятий

ВЭР занимают важное место. На ряде металлургических заводов тепловые нагрузки практически полностью покрываются за счет ВЭР. На рис. 6.7 приведен график

Рис. 6.7. График покрытия тепловой на­ грузки крупного металлургического за­ вода за счет ВЭР:

тепловой нагрузки Q = f ( т) для крупного металлургического завода, причем пок­ рытие значительной части этого графика осуществлено за счет утилизации ВЭР. Только часть тепловой нагрузки фТЭц обеспечивается за счет газотурбинных и па­

ротурбинных ТЭЦ, а также установленных там пиковых водогрейных котлов. Уже сейчас имеются разработанные схемы структуры ВЭР'для наиболее энергоемких от­ раслей народного хозяйства (металлургии, нефтехимии, первичной переработки неф­ ти и др. [18]).

Утилизационное устройство, использующее теплоту ВЭР, не снижает рас­ хода топлива в основной технологической установке и в отличие от регенерации' не оказывает непосредственного влияния на экономичность ее работы. Эффект от установок с внешним теплоиспользованием проявляется в топливно-энергетиче­ ском балансе предприятия. От внедрения утилизации расход органического топлива сокращается.

Очень часто на промышленных предприятиях регенерацию и утилизацию тепла технологических отходов совмещают в установках с комбинированным теплоиспользованием. При этом для регенерации служит теплообменник кон­ вективного типа, в котором подогревается дутьевой воздух, а после него с целью дальнейшего использования ВЭР устанавливается котел-утилизатор.

6.8. Энерготехнологическое использование органического топлива

Утилизация ВЭР в ближайшие годы будет оставаться одним из наиболее важных направлений в комплексе мероприятий по рационализации теплонспользования в огнетехнических установках всех отраслей промышленного производ­ ства. Однако, несмотря на неоспоримые преимущества комбинирования, схема использования тепла ВЭР имеет и недостатки.

Рис. 6 .8 . Схема установки с комбини­ рованным использованием тепла ВЭР:

ление перегретого пара; Гп>в , рп>п — пара1

метры питательной воды; Г ух .г — темпе­ ратура дымовых газов за КУ.

Комбинированная схема использования тепла ВЭР схематично изображена на рис. 6.8. Согласно этой схеме, предусматриваются мероприятия по регенера­ ции и утилизации тепла ВЭР, при которых обеспечивается достаточно высокое теплоиспользование в установке.

К недостаткам комбинированного теплоиспользовання нужно отнести: низ­ кие параметры пара в котле-утилизаторе и малую его экономичность, что позво­ ляет использовать его, как правило, лишь в качестве технологического тепла, низкие параметры пара (температура перегрева и давление), обусловливающие малую экономичность паросиловой установки; большую металлоемкость и малую удельную производительность, вызванные низкими параметрами ВЭР; значи­ тельные удельные капиталовложения в утилизационную установку — до 60 руб/т у. т., сэкономленного в результате утилизации. Если к уже отмеченным добавить недостатки теплообменных устройств по регенерации тепла ВЭР, то нетрудно прийти к выводу, что даже установки с комбинированным теплоиспользованием далеки от совершенства.

Энерготехнологические установки лишены указанных недостатков. Они обла­ дают высокой единичной и удельной тепловой и теплотехнической производи­ тельностью, отличаются наиболее глубокой полнотой извлечения из сырья тех­ нологического продукта, большой энергетической эффективностью комбинирован­ ных процессов. Энерготехнологическое комбинирование позволяет решать зада­ чи оптимизации технологического процесса, что открывает широкие перспективы в деле создания совершенных технологических процессов и обеспечения полного использования материальных и энергетических ресурсов.

98

6.9.Принципиальная схема топливоиспользования

вогнетехнических установках

Топливоиспользование в огнетехннческой установке с регенерацией тепла БЭР иллюстрируется рис. 6.3, однако при топливоиспользования по такой схеме значительная часть органического топлива не осваивается в технологии и выно­ сится из установки с БЭР, при этом эффективность топливоиспользования, как уже отмечалось, мала.

На схеме с комбинированным топливонспользованием (рис. 6.9) энергетиче­ ские и технологические отходы используются значительно полнее, чем это имеет место в установках с внутренним теплонспользованием. Как видно из схемы, по-

давляющее количество ВЭР используется внешним потребителем в виде ннзкопотенциального технологического или энергетического теплоносителя, не высвобож­ дая технологическое органическое топливо основной установки. Как правило, в таких схемах в основном высвобождается энергетическое топливо иа промышлен­ ных ТЭЦ за счет выработки в котле-утнлнзаторе технологического пара. Доля использования технологического топлива в основном процессе невелика, и это объясняется изолированностью технологических и энергетических процессов.

Картина резко меняется при энергетическом комбинировании этих процессов (рис. 6.10). При работе по такой схеме достигается максимальное вовлечение тех­ нологического топлива в основной процесс, что позволяет высвободить значитель­ ную его часть из энергобаланса установки. В этом заключается наиболее важное, “имеющее исключительное народнохозяйственное значение свойство энерготехнологпческого комбинирования.

7*