Чейлытко ВЭР
.pdf3
Міністерство освіти і науки України Запорізька державна інженерна академія
ВИКОРИСТАННЯ ВТОРИННИХ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ
Навчально-методичний посібник
для студентів ЗДІА напряму 6.050601 “Теплоенергетика” денної і заочної форми навчання
Рекомендовано до видання на засіданні кафедри ТЕ, протокол № 15 від 27.05.2014 р.
Запоріжжя
2014
4
Використання вторинних енергоресурсів. Навчально-методичний посібник для студентів ЗДІА напряму 6.050601 “Теплоенергетика” денної і заочної форми навчання /Укл.: А.О.Чейлитко – Запоріжжя. Видавництво ЗДІА, 2014. 246 с.
Укладачі: А.О. Чейлитко, к.т.н., доцент каф. ТЕ
Відповідальний за випуск - завідувач кафедри Теплоенергетики д.т.н., профессор Яковлєва І.Г.
Рецензенти:
Качан О.Я. – д.т.н., професор, завідувач кафедри технології авіаційних двигунів Запорізького національного технічного університету,
Башлій С.В. – к.т.н., доцент кафедри металургії чорних металів Запорізької державної інженерної академії,
Коваленко В.Л. - к.т.н., доцент кафедри енергетичного менеджменту Запорізької державної інженерної академії.
|
5 |
Зміст |
|
1 СХЕМИ КОМПЛЕКСНОГО ВИКОРИСТАННЯ ВЕР..................................... |
9 |
2 ТЕМПЕРАТУРНИЙ РІВЕНЬ І ЗАГАЛЬНА ОЦІНКА КОЕФІЦІЄНТА |
|
ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛОТИ В ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ |
|
ВИРОБНИЧИХ ПРОЦЕСАХ............................................................................... |
15 |
3 КЛАСИФІКАЦІЯ ВТОРИННИХ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ В |
|
ПРОМИСЛОВОСТІ.............................................................................................. |
19 |
3.1 Сучасний стан використання вторинних енергоресурсів........................ |
23 |
3.1.1 Чорна металургія. ................................................................................. |
23 |
3.1.2 Виробництво коксу. ............................................................................... |
23 |
3.1.3 Кольорова металургія. .......................................................................... |
24 |
3.1.4 Нафтопереробна і нафтохімічна промисловість ............................. |
24 |
3.1.5 Целюлозо - паперова промисловість.................................................... |
25 |
3.1.6 Газова промисловість ........................................................................... |
25 |
3.1.7 Важке машинобудування...................................................................... |
25 |
3.1.8 Промисловість будівельних матеріалів.............................................. |
26 |
3.1.9 Харчова промисловість......................................................................... |
26 |
3.1.10 Хімічна промисловість........................................................................ |
26 |
3.2 Визначення виходу і можливого використання вторинних |
|
енергоресурсів.................................................................................................... |
27 |
3.3 Визначення економії палива за рахунок використання вторинних |
|
енергоресурсів.................................................................................................... |
31 |
Практичне завдання №1................................................................................. |
34 |
Задача 1.1 ......................................................................................................... |
34 |
Задача 1.2 ......................................................................................................... |
44 |
4 ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ТА ЕКСЕРГЕТИЧНИЙ БАЛАНСИ |
|
ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ ВИРОБНИЧИХ АГРЕГАТІВ.......................... |
48 |
Практичне завдання №2................................................................................. |
58 |
Задача 2.1 ......................................................................................................... |
58 |
Задача 2.2. ........................................................................................................ |
82 |
Практичне завдання №3................................................................................. |
94 |
4.1. Енергетичний баланс котельної установки К-50-40/14................. |
94 |
|
|
6 |
4.3 |
Термодинамічна ефективність технологічних агрегатів ....................... |
100 |
4.4 |
Ефективність комбінованих тепловикористовуючих установок......... |
103 |
4.5 |
Ексергетичний метод розподілу витрати палива в комбінованих |
|
установках......................................................................................................... |
105 |
|
5 ОСНОВИ ТЕОРІЇ ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛА ВІДХІДНИХ ГАЗІВ......... |
109 |
|
5.1 |
Використання вторинних енергоресурсів в замкнутих схемах |
|
теплоспоживання (регенеративне теплоспоживання).................................. |
110 |
|
5.1.1 Підігрів компонентів горіння............................................................. |
110 |
|
5.1.2 Підігрів палива..................................................................................... |
112 |
|
6 ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛА ВІДХІДНИХ ПРОДУКТІВ ЗГОРЯННЯ В |
|
|
РОЗІМКНУТИХ СХЕМАХ ТЕПЛОСПОЖИВАННЯ ДЛЯ ВИРОБЛЕННЯ |
|
|
ПАРИ В ПАРОГЕНЕРАТОРАХ (ЕНЕРГЕТИЧНЕ ТЕПЛОСПОЖИВАННЯ) |
||
............................................................................................................................... |
|
119 |
6.1 |
Порівняльна оцінка ефективності замкнутої і розімкнутої схем.......... |
120 |
6.2 |
Економія палива при комбінованому використанні тепла відхідних |
|
продуктів згоряння........................................................................................... |
120 |
|
7 ВІДХІДНІ ВИРОБНИЧІ ГАЗИ ЯК ТЕПЛОНОСІЙ ..................................... |
122 |
|
7.1 |
Фізико - хімічні властивості технологічного уносу............................... |
124 |
7.2 |
Утворення забруднюючих відкладень і їх вплив на поверхні нагрівання |
|
тепловикористовуючих установок................................................................. |
128 |
|
7.2.1 Сипучі відкладення.............................................................................. |
130 |
|
7.2.2 Пов'язані відкладення.......................................................................... |
131 |
|
7.3 |
Вплив забруднень на роботу тепловикористовуючих установок......... |
131 |
7.4 |
Способи очищення поверхонь нагріву теплообмінних пристроїв від |
|
забруднень ........................................................................................................ |
135 |
|
8 УСТАНОВКИ ДЛЯ ВНУТРІШНЬОГО ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛА |
|
|
ВІДХІДНИХ ВИРОБНИЧИХ ГАЗІВ............................................................... |
138 |
|
8.1 |
Регенератори з нерухомою цегляною насадкою .................................... |
138 |
8.2 |
Регенератори з рухомою насадкою.......................................................... |
143 |
8.3 |
Керамічні рекуператори............................................................................ |
145 |
8.4 |
Металеві рекуператори. Загальні умови надійної роботи металевих |
|
рекуператорів.................................................................................................... |
147 |
|
8.5 |
Чавунні рекуператори................................................................................ |
149 |
|
|
7 |
8.6 |
Сталеві трубчасті конвективні рекуператори......................................... |
150 |
8.7 |
Сталеві радіаційні й комбіновані рекуператори..................................... |
153 |
9 УСТАНОВКИ ДЛЯ ЗОВНІШНЬО – ЕНЕРГЕТИЧНОГО ВИКОРИСТАННЯ |
||
ТЕПЛА ГАЗІВ..................................................................................................... |
155 |
|
9.1 |
Низькотемпературні парогенератори на відхідних продуктах згоряння |
|
............................................................................................................................ |
|
155 |
9.2 |
Використання теплоти відхідних газів в хвостових поверхнях |
|
парегенератора ................................................................................................. |
157 |
|
9.3 |
Використання теплоти відхідних газів у водяному екномайзері.......... |
157 |
9.4 |
Парогенератори на відхідних газах з повітропідігрівачами.................. |
160 |
9.5 |
Парогенератори на відхідних газах в кольоровій металургії................ |
163 |
9.6 |
Тунельні парогенератори за відбивними печами (ТОП ) ...................... |
164 |
9.7 |
Парогенератори на відхідних конверторних газах................................. |
165 |
9.8 |
Використання конвертерного газу для виробництва пари.................... |
171 |
9.9 |
Використання конвертерного газу як палива.......................................... |
173 |
Практичне завдання №4 .................................................................................. |
177 |
|
Задача 4 .......................................................................................................... |
177 |
|
10 ОХОЛОДЖЕННЯ КОНСТРУКТИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ |
|
|
ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ УСТАНОВОК................................................. |
183 |
|
10.1 Системи примусового охолодження і особливості теплообміну в них |
||
............................................................................................................................ |
|
183 |
10.2 Методи використання тепла охолодження елементів |
|
|
високотемпературних установок.................................................................... |
194 |
|
11 ВИКОРИСТАННЯ ФІЗИЧНОГО ТЕПЛА ТЕХНОЛОГІЧНИХ |
|
|
ПРОДУКТІВ І ВІДХОДІВ.................................................................................. |
203 |
|
11.1 Напрямок та загальні схеми використання тепла технологічних |
|
|
продуктів в різних галузях промисловості.................................................... |
203 |
|
11.2 Фізико - хімічні характеристики технологічних відходів.................. |
214 |
|
Принципові схеми їх використання............................................................... |
214 |
|
12 ВИКОРИСТАННЯ НИЗЬКОПОТЕНЦІЙНИХ ВТОРИННИХ |
|
|
ЕНЕРГОРЕСУРСІВ............................................................................................. |
221 |
|
12.1 Напрямок та загальні схеми використання відпрацьованої пари....... |
221 |
|
12.2 Принципові схеми використання тепла виробничої води................... |
226 |
|
|
|
8 |
12.3 |
Теплові акумулятори, типи, схеми включення та основи розрахунку. |
|
............................................................................................................................ |
|
229 |
12.4 |
Особливості енерготехнологічного паливовикористання в |
|
промисловості................................................................................................... |
242 |
|
12.5 |
Аеродинамічні та теплотехнічні особливості технологічних циклонів |
|
............................................................................................................................ |
|
246 |
ЛІТЕРАТУРА ...................................................................................................... |
248 |
|
9
1 СХЕМИ КОМПЛЕКСНОГО ВИКОРИСТАННЯ ВЕР
На рисунку 1.1 приведена схема комплексного використання пальних ВЕР на підприємствах суднобудівельної галузі. Розділення горючих відходів на три групи - тверді, рідкі і газоподібні, пов'язане з умовами збору, підготовки і спалювання цих відходів.
Зниження виходу пальних ВЕР передбачає:
-збір і збут сміття на підприємствах вторсировини;
-реалізацію горючих відходів як паливо для населення;
-використання відходів деревини для виготовлення деревостружечних матеріалів;
-регенерацію олій на підприємстві або здачу на нафтобазу для їх централізованої регенерації з метою забезпечення можливості повторного використання.
Рисунок 1.1 - Схема комплексного використання пальних ВЕР на підприємствах суднобудівельної галузі
10
Після здійснення заходів щодо зниження виходу горючих ВЕР, варто розглядати можливість забезпечення потреби в паливі за рахунок використання горючих вторинних енергоресурсів. Причому, відходи деревини, відпрацьованого масла і нафтопродукти після очищення лляних і акваторіальних вод можна використовувати безпосередньо як паливо для котлів виробничо - опалювальних котелень і полум'яних печей.
Використання таких горючих відходів, як сміття (гума, шкір , пластик, поліетилен, ганчір'я тощо), емульсії, шлам і відстій масляних фільтрів, відходи після регенерації потребує розробки і впровадження спеціальних пристроїв для спалювання цих відходів з утилізацією теплоти газів , які йдуть для вироблення пари або підігріву води. В даному випадку в той же час вирішуються завдання охорони навколишнього середовища та економії паливно - енергетичних ресурсів.
На рисунку 1.2 наведена схема комплексного використання теплових ВЕР на підприємствах суднобудівної галузі. Поділ вторинних теплових енергоресурсів на дві групи високопотенціальні і низькопотенційна - визначено специфічним підходом до використання ВЕР різного потенціалу .
Зниження виходу теплових ВЕР передбачає:
-Оснастка агрегатів - джерел ВЕР рекуператорами і хвостовими поверхнями нагрівання;
-Впровадження випарного охолодження;
-Впровадження осушення стисненого повітря з глибокою утилізацією теплоти;
-Раціональний вибір енергоносія.
Після здійснення заходів щодо зниження виходу ВЕР варто розглядати питання забезпечення потреб підприємств в тепловій енергії та холоді за рахунок використання ВЕР. Причому для використання будь-якого виду теплових вторинних енергоресурсів необхідно утилізаційних обладнання.
11
Високопотенційні теплові ВЕР доцільно використовувати в першу чергу для технологічного теплопостачання , а потім для забезпечення витрат теплової енергії на опалення і вентиляцію. Для цього за полум'яними печами необхідно встановлювати котли - утилізатори, теплофікаційні поверхневі економайзери, установки попереднього нагрівання виробів, які підлягають подальшій термічній обробці. Доцільно використовувати підігрів стиснутого повітря перед споживачем, що крім використання ВЕР призводить і до економії стисненого повітря.
Низькопотенційні теплові ВЕР з витяжною вентиляцією повітря можливо використовувати для підігріву повітря припливної вентиляції. Для цього необхідні ефективні теплообмінники, наприклад на теплових трубах, пластинчасті або оборотні регенеративні теплообмінники.
Практично всім видам ВЕР, окрім гарячої води, властива економічна недоцільність транспортування. Тому при неможливості використання їх поблизу агрегату – джерела, доцільно теплоту яка вміщається в відхідних газах або гарячому повітрі передати теплоносію воді. І надалі цю воду використовувати з метою опалення, вентиляції, гарячого водопостачання, та холодопостачання за допомогою спеціального обладнання.
Крім того, варто враховувати, що опалення та вентиляція носить сезонний характер теплоспоживання, тому для можливості використання низькопотенційних ВЕР для технологічних цілей необхідно підвищувати параметри теплоносія після теплоутилізаційних установок. Отже, вирішення проблеми використання низькопотенційних ВЕР має здійснюватися шляхом створення і використання трьох груп устаткування:
Рисунок 1.2 - Схема комплексного використання теплових ВЕР на підприємствах суднобудівної галузі
12