Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Утилизация вторичных энергоресурсов в системах ТГВ. Расчет рекуперативных теплообменных аппаратов. Учебно-методическое пособие.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
правило, направляется противоточно по отношению к каплям, снизу вверх. В скрубберах с установленным для уменьшения уноса жидкой фазы каплеуловителями скорость газа в пересчете на полное поперечное сечение аппарата может достигать 5…8 м/с.
1 - корпус скруббера; 2 - входной патрубок; 3 - насадка; 4 - решетка для насадки; 5 - трубопровод для подачи жидкости; 6 - выходной патрубок; 7 - направляющий конус для жидкости;
8 - штуцер для вывода шлама
Рисунок 1.17 - Схема насадочного скруббера
Для создания и увеличения поверхности контакта орошающей воды и уходящих газов на опорные колосниковые решетки насыпают или укладывают в определенном порядке кольцевые и седловые насадки, насадку из колец Палля, седел Берля, стальных шариков, спиралей из стальной ленты и
51
пластмассовых прутков, керамических блоков. На рисунке 1.18 показаны некоторые типы насадок для контактных теплоутилизаторов.
а – кольцевая керамическая; б – седла Берля;
в – кольца с перегородками; г – шары;
д – пропеллерная насадка; е – кольца Палля;
ж – хордовая насадка; з – спираль;
и – керамические блоки
Рисунок 1.18 - Типы насадок для контактных теплоутилизаторов
В качестве жидкого рабочего вещества в контактных аппаратах может использоваться вода или растворы солей в случае возможности замерзания рабочей жидкости. Наиболее распространены следующие растворы солей: хлористого натрия, хлористого кальция, хлористого лития. Чаще всего используется раствор хлористого лития, который имеет сорбционные свойства. В результате появляется возможность увлажнять приточный воздух за счет влаги, сорбируемой из вытяжного воздуха. Раствор хлористого лития при
52
рабочих концентрациях имеют низкую температуру замерзания (до-300С) и высокую температуру кипения, то есть во всем диапазоне температур, имеющих место в системах утилизации теплоты, находится в жидком состоянии. Кроме того, хлористый литий обладает бактерицидными свойствами.
Недостатком хлористого лития является его способность вызывать коррозию многих широко применяемых металлов, особенно, если он недостаточно хорошо очищен от примесей. Стойкостью к его влиянию обладают легированные стали, латунь, алюминий, олово. Для замедления коррозионных процессов используются ингибиторы, практически не изменяющие свойства раствора хлористого лития: двуххромовокислый калий, хромовокислый натрий, диглицерин и др.
Применение КТУ позволяет:
- обеспечить высокий КПД низкоэффективных котлов. Это объясняется тем, что используется скрытая теплота конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, выделяемая при охлаждении отходящих газов, ниже точки росы.
- возможность нагревать жесткие и артезианские воды при условии их предварительной обработки ингибиторами коррозии.
КТУ имеют малую удельную металлоемкость. Эффективность работы КТУ не изменяется от колебания тепловой нагрузки котла, а зависит только от температуры входящей в него воды.

1.6.2 Форсуночные камеры

Форсуночные камеры - один из наиболее распространеных теплоутилизационных аппаратов контактного типа. В форсуночных камерах тепло - и массообменная поверхность в основном образуется каплями воды, разбрызгиваемыми через форсунки. Площадь этой поверхности зависит от числа капель, их величины, скорости движения воздуха и траектории движения в пространстве камеры. На эти параметры влияют конструкция форсунки, в
53
частности ее геометрические характеристики, давление воды перед форсункой, а также направление выпуска воды относительно воздуха.
Эффективность процессов тепло - и массопереноса в камерах орошения в значительной мере зависит от распределения распыленной жидкости в дождевом объёме камеры, так как именно совокупность взвешенных капель создаёт поверхность переноса, а размер, скорость и направление движения капель определяет значения локальных коэффициентов переноса.
Распределение капель в объеме камеры орошения определяется формой, плотностью и равномерностью факела распыла единичной форсунки, а также схемой расположения форсунок внутри камеры.
Форсунка состоит из трех частей – подводящего патрубка (одного или нескольких), круглой камеры и сопла. Жидкость поступает по касательной через патрубок в камеру, где приобретает вращательное движение, и затем выходит через сопло. Сложный механизм образования капель при истечении жидкости из сопла к настоящему времени изучен недостаточно. Известно, что в центральной части форсунки находится воздушный вихрь с давлением, равным давлению окружающей среды, а истечение жидкости происходит через кольцевое пересечение, внутренний диаметр которого равен диаметру вихря, а внешний - диаметру сопла. Поэтому жидкость проходит с форсунки не компактной струей, а пленкой в виде полого конуса, расширяющегося под действием центробежной силы. При этом, согласно уравнению неразрывности, толщина пленки уменьшается, пока на некотором расстоянии от форсунки пленка не начинает рваться. Процесс распада пленки сложный: он определяется центробежными силами, силами поверхностного натяжения, трением пленки о воздух. Кроме того, в пленке возникает волновое движение капиллярной природы, что оказывает большое влияние на потерю пленкой устойчивости и ее распад. Обрывки пленки под воздействием сил поверхностного натяжения формируются через некоторое время в капли различного размера.
Поведение пленки зависит от давления жидкости перед форсункой. При малом давлении пленка под действием сил поверхностного натяжения
54
формирует образования в виде «пузыря». При увеличении давления перед форсункой «пузырь» раскрывается, и пленка получается в виде полого конуса или «тюльпана». При дальнейшем увеличении давления до некоторого предела длина пленки уменьшается, и место ее распада смещается к форсунке. Одновременно уменьшается и размер капель. Очевидно, что чем тоньше пленка на срезе сопла, тем мельче капли. Гидродинамика форсунок очень влияет на интенсивность тепло - и массопереноса.
Принципиальная схема устройства форсуночной камеры представлена на рисунке 1.19.
1 - корпус; 2 - поддон; 3 - пластинчатый сепаратор;
4 - горизонтальный коллектор; 5 - стояк;
6 - форсунки двустороннего распыления;
7 - каплеотбойные цилиндры; 8 - поплавковый клапан
Рисунок 1.19 - Принципиальная схема устройства форсуночной камеры:
55
Форсуночная камера орошения имеет корпус 1, поддон 2 с установленным в нем пластинчатым сепаратором 3, горизонтальный коллектор 4 со стояком 5. На стояке установлены форсунки двустороннего распыления 6. Факелы распыла направлены поперек потока воздуха и на пути каждого факела установлены каплеотбойные цилиндры 7. Цилиндры расположены вертикальными рядами вплотную друг к другу и собраны в кассеты, которые крепятся к корпусу камеры. В поддоне установлен поплавковый клапан 8, который регулирует верхний и нижний уровни воды.
Форсуночная камера работает следующим образом. Обрабатываемый воздух поступает через входной патрубок в корпус камеры 1 и контактирует с водой, распыляемой двусторонними форсунками 6. Мелкодисперсные факелы распыла, отраженные от внутренних поверхностей каплеотбойных цилиндров 7, полностью и равномерно перекрывают все живое сечение камеры для прохода обрабатываемого воздуха. Вода, попадая в поддон 2, забирается циркуляционным насосом и вновь подается к форсункам.
Типовые форсуночные камеры обладают рядом недостатков:
– большие габариты (ограничение скорости воздуха до 3 м/с); – невысокие значения объемных коэффициентов тепло - и массопереноса
(причиной является неравномерное и неэффективное распределение капель в дождевом объеме камеры); – низкие эксплуатационные показатели (быстрая засоряемость форсунок и трудоемкость их чистки).
1.7 Оборудование для утилизации теплоты высокопотенциальных
энергоресурсов

1.7.1 Общая характеристика теплоутилизационного оборудования

Технические решения по использованию вторичных энергоресурсов определяются свойствами теплоносителя (температура, запыленность, влажность).
56
Утилизация высокопотенциальных вторичных энергоресурсов при
0
температуре 300…1200
С осуществляется с использованием котлов­утилизаторов, систем испарительного охлаждения, систем водяного охлаждения, высокопотенциальных рекуператоров, экономайзеров. Достоинством данных аппаратов является возможность получения энергии высокого потенциала перегретого и насыщенного пара и горячего воздуха, который удобно использовать для нужд предприятия (в бойлерах, теплообменниках химвоодоочистки и т.д.). При этом котлы-утилизаторы могут заменять установленные в котельной предприятия отопительные котлы малой и средней мощности.
Использование высокопотенциальных вторичных энергоресурсов связано с эффективной теплопередачей излучением, что дает возможность сокращать расход металла на изготовление поверхности нагрева в аппаратах. Подогрев воздуха в радиационных рекуператорах с возвращением его в зону горения позволяет повысить к.п.д. печей. Срок окупаемости котлов-утилизаторов, систем испарительного охлаждения, рекуператоров обычно не превышает одного года. При эксплуатации котлов-утилизаторов и систем испарительного охлаждения необходима высокая квалификация обслуживающего персонала. Недостатками аппаратов, которые утилизируют высокопотенциальные вторичные энергоресурсы, является необходимость регулярной очистки их поверхности нагрева при работе с запыленными газами, а также трудности размещения утилизаторов за действующими технологическими агрегатами.
Конструкции аппаратов для использования низкотемпературных вторичных энергоресурсов (30…300
0
С) отличаются большим разнообразием. По принципу действия аппараты можно объединить в следующие группы: низкопотенциальные рекуператоры; регенераторы; контактные теплообменники, использующие теплоту конденсации жидкости. В данных аппаратах превалирует конвективная составляющая теплообмена. Расход охлаждаемых газов большой, а температурный потенциал невысок, поэтому в их конструкции приняты конструктивные решения,
57
интенсифицирующие теплообмен, использование центробежного эффекта, теплоты конденсации воды и т.д. Данные аппараты компактные, простые в эксплуатации, имеют низкий срок окупаемости. Однако, как и высокопотенциальные теплоутилизаторы, они подвержены коррозии и имеют потребность в очищении.

1.7.2 Системы водяного и испарительного охлаждения

Агрегаты технологического назначения (промышленные печи и др.), в которых создается высокотемпературная среда для протекания технических процессов, нуждаются в принудительном охлаждении конструктивных металлических элементов. В доменных печах к таким элементам относятся облицовочные холодильники, снижающие температуру кладки; в мартеновских печах - опорные балки сводов; в нагревательных печах - подовые трубы для перемещения металла, балки сводов и т.д. Для печей с высокой температурой применяется охлаждение огнеупорной футеровки с целью повышения ее устойчивости. Охлаждаемые элементы выполняются как коробчатыми, так и трубчатыми. Внутри коробчатых элементов давление и скорость теплоносителя, как правило, небольшие, а в трубчатых элементах могут достигать значительных величин.
В недалеком прошлом применялось только водяное охлаждение, а со второй половины ХХ века получило широкое распространение испарительное охлаждение.
Традиционная схема водяного охлаждения представлена на рисунке 1.20. Техническая вода Вт из резервуара градирни Гр подается насосом Н
к
2
охлаждаемым элементов печи П, от них поступает через открытые сливные воронки СВ и обратный трубопровод в сборный бак СБ, откуда насос Н
подает
1
ее на градирню, чем цикл и замыкается. Охлаждаемые элементы работают без избыточного давления. Воронки позволяют непосредственно контролировать расход и температуру отводимой воды.
58
Вт - вода техническая; Гр - градирня;
П - печь; СВ - сливные воронки;
СБ - сборный бак; Н
и Н2 - насосы
1
Рисунок 1.20 - Схема системы водяного охлаждения
Основным недостатком систем водяного охлаждения является
0
относительно низкая температура охлаждающей воды (40…60
С). Низкий температурный уровень не позволяет использовать отводимую теплоту и ее приходится сбрасывать через градирню или другие устройства аналогичного действия. Чтобы можно было использовать теплоту охлаждения, необходимо повысить температуру отводимой воды до 80-90
0
С и более. Это осуществимо при замене градирни водоводяным теплообменником, который передает теплоту потребителям, и исключении из схемы сливных воронок, в которых вода контактирует с холодным воздухом. Задача повышения эффективности водяного охлаждения актуальна, поскольку оно повсеместно применяется на машиностроительных заводах, а также на металлургических предприятиях.
Однако наиболее прогрессивно испарительное охлаждение. Для металлургических предприятий оно стало подавляющим: системы испарительного охлаждения имеет около 50% доменных печей, около 80%
59
мартеновских, большая часть прокатных станов.
При испарительном охлаждении отвод теплоты производится за счет испарения химически очищенной воды, а не за счет нагрева воды, как при водяном охлаждении. В системах испарительного охлаждения как охладитель применяется пароводяная эмульсия, что позволяет увеличить потенциал охладителя до 1,2 МПа с последующим его использованием.
В системах испарительного охлаждения к расположенным в рабочей камере печи охлаждаемым элементам питательная вода поступает через спускные трубы, объединенные коллектором. Часть воды превращается в пар, и пароводяная эмульсия от охлаждаемых элементов идет по подъемным трубам в объединяющий их коллектор, а оттуда попадает в барабан сепаратор. В нем котловая вода отделяется от пара и смешивается с водой, подаваемой питательным насосом. Пар в количестве, равном количеству питательной воды, за исключением потерь на продувку (3-5%), направляется в паропровод для использования. При недостаточности естественной циркуляции используется принудительная, с помощью насоса.
Теплонапряжение охлаждаемых элементов велико, следовательно, для обеспечения надлежащей интенсивности отвода теплоты нужна значительная скорость циркуляции (0,8…1,0 м/с) и меньшие эквивалентные диаметры каналов охлаждаемых элементов. Содержание пара должно быть умеренным, то есть необходима значительная кратность циркуляции.

1.7.3 Водяные экономайзеры

Экономайзеры подразделяются на поверхностные и контактные. Поверхностные водяные экономайзеры (рисунок 1.21) широко используются для нагрева питательной воды котельных установок и в виде теплофикационных - для нагрева сетевой воды. Теплофикационные экономайзеры являются установками для утилизации тепловых вторичных энергоресурсов.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]