- •В.А. Мунц Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях
- •Введение
- •Энергоаудит
- •Глава 1. Вторичные энергоресурсы
- •1.1. Газообразные горючие вэр
- •4 Кольцевой коллектор; 5 – смеситель;
- •8 Камера догорания; 9 трубчатый теплообменник; 10 горелка
- •1.2. Огневое обезвреживание шламов металлургических производств
- •1 Топка; 2 – барабанная печь; 3 – горелки для сжигания поверхностного масла;
- •Глава 2. Утилизация высокотемпературных тепловых отходов
- •2.1. Газотрубные котлы-утилизаторы
- •1 Входная газовая камера; 2 испарительный барабан; 3 барабан сепаратора;
- •4 Сепарационное устройство; 5 трубы основного испарителя; 6 выходная камера;
- •7 Предвключенная испарительная поверхность
- •1 Газотрубная поверхность нагрева; 2 нижний барабан; 3 входная газовая камера;
- •4 Поворотная камера; 5 выходная газовая камера; 6 верхний барабан;
- •7 Пароперегреватель; 8 змеевики для разогрева при пуске
- •2.2. Водотрубные котлы-утилизаторы
- •4 Шламоотделитель; 5 – испаритель II ступени; 6 - балки; 7 - барабан; 8 – обдувочные линии; 9 - испаритель III ступени; 10 – экономайзер
- •2.3. Котлы-утилизаторы за обжиговыми печами серного колчедана
- •1 Печь с кипящим слоем; 2 испаритель, размещенный в кипящем слое;
- •3 Котел-утилизатор
- •2.4. Установки сухого тушения кокса (устк)
- •2.5. Котлы-утилизаторы сталеплавильных конвертеров
- •1 Циркуляционные насосы; 2 – паровой аккумулятор; 3 — газоплотная юбка; 4 — горелки; 5 — подъемный газоход; 6 — барабан-сепаратор; 7 — конвективный испаритель;
- •12 Дымовая труба; 13, 14 — дымососы; 15 смеситель; 16 — конвертер
- •Глава 3. Энерготехнологические установки
- •3.1. Энерготехнологическое комбинирование в прокатном производстве
- •1 Проходная печь для нагрева металла; 2 нагреваемый металл; 3 газовые горелки;
- •4 Котел-утилизатор; 5 испарительные поверхности нагрева; 6 пароперегреватель;
- •7 Барабан; 8 водяной экономайзер; 9 воздухоподогреватель
- •3.2. Энерготехнологическое комбинирование в целлюлозно-бумажной промышленности
- •3.3. Энерготехнологическое комбинирование в доменном производстве
- •Расчет тепловой схемы
- •3.4. Энерготехнологическое комбинирование при получении водорода
- •3.5. Охлаждение конструктивных элементов высокотемпературных установок
- •1 Теплообменная поверхность; 2 циркуляционный насос;
- •Глава 4. Использование отработавшего пара
- •1 Производственная установка;
- •1 Производственный агрегат;
- •2 Пароочиститель; 3 турбина мятого пара; 4 турбина двойного давления;
- •5, 6 Тепловые аккумуляторы;
- •Глава 5. Утилизация низкопотенциальных тепловых отходов
- •5.1. Утилизация теплоты загрязненных стоков
- •5.2. Утилизация теплоты агрессивных жидкостей
- •6 Теплообменники с промежуточным теплоносителем;
- •5.3. Утилизация теплоты вентиляционных выбросов
- •1 Приточный вентилятор; 2 вытяжной вентилятор; 3 пластинчатый теплообменник; 4 сборник конденсата; 5 фильтр наружного воздуха;
- •6 Фильтра удаляемого воздуха; 7 воздухонагреватель;
- •8 Воздухораспределитель
- •Глава 6. Глубокое охлаждение продуктов сгорания
- •6.1. Влажный воздух, влажные продукты сгорания
- •6.2. Утилизация теплоты низкотемпературных дымовых газов
- •6.3. Расчет контактного экономайзера
- •Глава 7. Парогазовые установки
- •7.1. Основные типы парогазовых установок
- •7.2. Количественные показатели термодинамических циклов пгу
- •7.3. Термическая эффективность парогазовых установок
- •7.4. Соотношения между параметрами газового и парового циклов
- •7.5. Парогазовые установки с впрыском пара
- •7.6. Модернизация котельных в тэц
- •Глава 8. Энергосбережение в газовой промышленности
- •8.1. Опытно-промышленная газотурбинная расширительная станция (гтрс) на Среднеуральской грэс
- •8.2. Оптимальное использование теплоты уходящих газов газовых турбин
- •8.3. Теплоснабжение от утилизационных установок компрессорных станций
- •Глава 9. Энергосбережение промышленности
- •9.1. Энергосбережение в котельных и тепловых сетях
- •1. Снижение потерь теплоты с уходящими газами
- •2. Потери теплоты с химической неполнотой сгорания
- •3. Потери теплоты в окружающую среду
- •4. Работа котельной установки в режиме пониженного давления
- •5. Температура питательной воды tв
- •6. Возврат конденсата в котельную
- •7. Использование тепловой энергии непрерывной продувки котлов
- •8. Режимы работы котельного оборудования
- •9. Перевод паровых котлов на водогрейный режим
- •10. Оптимизация работы насосного и тягодутьевого оборудования
- •9.2. Тепловые потери трубопроводов
- •9.3. Энергосбережение в компрессорном хозяйстве
- •9.4. Снижение теплопотерь за счет использования двухкамерного остекления
- •9.5. Система инфракрасного обогрева производственных помещений
- •8 Рабочие места в цехе
- •Библиографический список
- •620002, Екатеринбург, ул. Мира,19
- •620002, Екатеринбург, ул. Мира,19
Глава 4. Использование отработавшего пара
В большинстве случаев отработавший пар имеет низкое давление, загрязнен химическими и механическими примесями, а при переменных нагрузках производственных агрегатов образуются прерывистые потоки пара. Наиболее простой и доступный способ утилизации теплоты – использование его на отопление, бытовые и другие подобные нужды.
В общем случае существуют три основные направления использования отработанного пара: для теплоснабжения, для выработки электроэнергии, для выработки электроэнергии и теплоснабжения [5]. При значительных колебаниях расхода вторичного пара предусматривают установку пароводяных аккумуляторов.
Теплоснабжение. По схеме использования отработавшего пара для теплоснабжения (рис. 36) отходящий от производственной установки 1 отработавший пар проходит через очистительное устройство 2 и направляется к тепловому потребителю 3. При резких колебаниях количества пара, потребляемого производственной установкой, на линии острого пара применяется установка пароводяного аккумулятора 5. При несоответствии режимов отхода отработавшего пара и тепловых нагрузок теплового потребителя устанавливается аккумулятор 4.
Рис.
36. Принципиальная схема использования
отработавшего пара для теплоснабжения: 2 –
фильтр; 3 – тепловой потребитель;
4, 5 –
паровые аккумуляторы
1 Производственная установка;
Выработка электроэнергии. Отработавший пар для выработки электроэнергии может использоваться в турбинах мятого пара, в турбинах двойного давления, а также в теплофикационных турбинах с промежуточным подводом пара. Установки с турбиной мятого пара (рис. 37, а) предназначены для выработки электроэнергии только за счет отработавшего пара. В связи с тем, что возможны перерывы в поступлении отработавшего пара от производственного агрегата, тепловые аккумуляторы, особенно аккумулятор 5, должны выполняться со значительной аккумулирующей способностью. Работа установки с турбинами двойного давления протекает в более благоприятных условиях, так как в турбину 4 (рис. 37, б) независимо от работы производственного агрегата обеспечено непрерывное поступление пара.
Рис. 37. Схемы использования отработавшего
пара для выработки электроэнергии: а
– с турбиной мятого пара; б – с
турбиной двойного давления; 7 –
котел
1 Производственный агрегат;
2 Пароочиститель; 3 турбина мятого пара; 4 турбина двойного давления;
5, 6 Тепловые аккумуляторы;
Аккумуляторы Рато предназначены для выравнивания колебаний при поступлении отработавшего пара от машин периодического действия и машин, работающих с переменной нагрузкой, при использовании его в установках с постоянной нагрузкой. Эти аккумуляторы работают при низких давлениях (ниже 0,2 МПа), обычно при перепаде давления у аккумулятора от 0,2 до 0,1 МПа. Они обладают небольшой выравнивающей способностью.
Рис.
38. Схема подключения аккумуляторов: а
– с аккумулятором Рато;
б
– с аккумулятором Рутса; 1
– котел; 2
машина, работающая с переменной
нагрузкой;
3
– аккумулятор Рато;
4
– пароприемник с постоянной нагрузкой;
5 – аккумулятор Рутса
Рассмотрим схему подключения аккумуляторов Рато и Рутса (рис. 38). В схеме рис. 38, а пар от котла поступает в машину 2, работающую с переменной нагрузкой. Давление пара на участке котел — выхлопной патрубок машины снижается на величину (∆Р ~ 0,2) МПа. Аккумулятор Рато 3 выравнивает кратковременные колебания паровой нагрузки и пар с постоянным давлением 0,2 МПа поступает в машину 4 или пароприемник, работающие с постоянной нагрузкой. В схеме рис. 38, б аккумулятор Рутса 5 работает параллельно с машиной 4, имеющей постоянную нагрузку, и выравнивает колебания расхода пара машиной 2.
Применяемые в настоящее время аккумуляторы Рато имеют диаметр цилиндрического корпуса 2,5—3 м, длину 7,5—9 м, рабочий объем воды до 40 м3 и пропускную способность до 20 т пара в час.
Аккумуляторы Рато служат промежуточным звеном между машинами периодического действия и установками с постоянной нагрузкой, что необходимо учитывать при расчете аккумулятора. Обозначим: М — масса воды в аккумуляторе, кг; D1 — количество пара, периодически поступающего в аккумулятор из машины, кг; D2 — количество пара, непрерывно отбираемого из аккумулятора, кг/с; τ1— длительность рабочего периода машины (длительность зарядки); с; τ2 — длительность перерыва в подаче пара в аккумулятор (длительность разрядки), с; r — средняя теплота парообразования при среднем давлении, кДж/кг; и — энтальпии воды в начале и конце зарядки аккумулятора соответственно при давлениях P1 и P2.Составим уравнение теплового баланса аккумулятора:
. (64)
В левой части уравнения обозначено количество теплоты, которое выделяется при конденсации в аккумуляторе избытка пара (D1 - D2), образующегося во время рабочего периода машины. Правая часть показывает количество теплоты, которая поглощается водой, находящейся в аккумуляторе за тот же период. Теплоотводом в окружающую среду пренебрегаем. Из этого уравнения находим массу воды в аккумуляторе:
. (65)
Из уравнения материального баланса аккумулятора
(66)
находим количество пара, непрерывно отбираемого из аккумулятора:
. (67)
Подставив уравнение (70) в (68), получим:
. (68)
Разделив массу воды на ее плотность, найдем объем воды в аккумуляторе . Общий объем аккумулятора V больше Vв на величину парового пространства, размер которого принимается равным (0,01 - 0, 2) Vв.
Аккумуляторы Рутса предназначаются для выравнивания давления у производителей и потребителей теплоты. Включаются аккумуляторы Рутса между двумя сетями постоянного, но разного давления, с которыми они соединяются при помощи двух автоматических (зарядного и разрядного) клапанов. Работают они при высоких давлениях. Перепад давления у аккумулятора Рутса достигает несколько десятых мегапаскалей, и благодаря этому выравнивающая способность его значительно больше, чем у аккумулятора Рато. Производит аккумуляторы Рутса Таганрогский котельный завод.
Аккумуляторы Рутса (рис. 39) в отличие от аккумуляторов Рато строятся со сферическими днищами, так как они работают при более высоких давлениях. Цилиндрический корпус аккумулятора устанавливается на опорах, обеспечивающих свободу термическим расширениям в двух направлениях. Снаружи корпус покрыт изоляцией. Аккумулятор снабжается предохранительными клапанами 6, воздушным и вакуумным клапаном, клапаном для спуска воды и продувки, штуцерами для манометра, термометров, указателей уровня и подсоединения двух водяных линий с клапанами для регулирования наполнения. При зарядке аккумулятора пар впускается в водяной объем при помощи горизонтальной распределительной трубы, к которой на расстоянии около 1 м друг от друга подсоединены зарядные устройства. Зарядные устройства состоят из циркуляционных труб 3 и зарядных мундштуков 2. Пар из зарядного трубопровода 1 через обратный
Рис. 39. Схема аккумулятора Рутса:
1 – зарядный трубопровод; 2 – зарядный мундштук; 3 – циркуляционные трубы;
4 – распределительная труба; 5 – зарядный обратный клапан; 6 – предохранительные клапаны; 7 – сопло Лаваля; 8 – разрядный обратный клапан; 9 – водоуказательная трубка
клапан 5 направляется в распределительную трубу 4, в которой движется со скоростью примерно 50 м/с, и из нее поступает в зарядные мундштуки. Из мундштуков пар вырывается в виде отдельных струек через отверстия в кольцевое пространство между мундштуком и циркуляционной трубой, вызывая энергичный поток воды снизу вверх. Благодаря этому создается хорошая циркуляция воды и равномерное распределение температуры по всему объему аккумулятора.
Во время зарядки в паровом пространстве аккумулятора устанавливается небольшой избыток давления, благодаря чему между паром, поступающим для зарядки, и водой образуется разница в температуре, способствующая охлаждению пара и его конденсации. При отборе пара из аккумулятора в паровом пространстве давление снижается, происходит парообразование.
Для предохранения аккумулятора от чрезмерного повышения напряжения зеркала испарения в разрядном трубопроводе устанавливается ограничительное сопло Лаваля 7. Сечение сопла рассчитано так, чтобы при максимальном расходе пара, соответствующем критической скорости в суженном сечении сопла, напряжение зеркала испарения не превышало максимально допустимой величины.
Наполнение аккумулятора водой больше чем на 9095 % не рекомендуется во избежание бросков воды в паропровод. При работе аккумулятора уровень воды в нем колеблется в широких пределах. Контроль уровня воды осуществляется по водоуказательной колонке, подсоединяемой к аккумулятору трубками 9.
а |
б |
Рис. 40. Суточный график работы оборудования:
а – хронологический график; б – результирующий график
По схеме (рис. 38, б) аккумулятор включен параллельно водяному объему котла. Такое включение имеет преимущества: нечувствительность котла к колебаниям нагрузки, возможность работы котла в номинальном режиме. Кроме выравнивания колебаний в расходе пара в течение рабочей смены, такая схема оправдывает себя при одно- или двухсменной работе, позволяя в конце рабочей смены пар из котла использовать для зарядки аккумулятора.
На участках графика АВС и EFG (рис. 40) аккумулятор разряжается, а на участке CDЕ — заряжается. Суточный график разбивается вертикальными площадками со знаками «плюс» для зарядки и «минус» для разрядки. Отсчет ведется от линии AG, соответствующей заданному графику подачи пара. Площади складываются, и результат сложения откладывается на следующем графике (рис. 40, б); таким образом, получается интегральная кривая.
. (69)
Наибольшая разность ординат этой кривой и есть искомое значение необходимой аккумулирующей способности Smax. Объем воды V в аккумуляторе рассчитывают из уравнения
, (70)
где: r – теплота паробразования при среднем давлении в аккумуляторе, энтальпия воды в начале и в конце зарядки соответственно.
Объем аккумулятора зависит от характера графика тепловой нагрузки, необходимой степени его выравнивания и расчетных давлений пара в аккумуляторе в начале и конце зарядки. Чем больше разница между этими давлениями, тем больше удельная аккумулирующая способность аккумулятора и тем меньше размеры последнего при заданной производительности. Верхний предел давления зарядки определяется схемой включения аккумулятора в установку, а нижний в конце разрядки соответствует наименьшему допустимому давлению у потребителя пара.