1. Использование теплоты отработавших газов

1. Теплосодержание отработавших газов

О сновной составляющей теплового баланса многих тепловых техно­логических процессов (главным образом огнетехнических) являются поте­ри с отработавшими газами, %

(10.2)

Величина q_oz меняется в пределах от 35...40 % при нагреве и тер­мообработке металла до 65...70 % в высокотемпературных плавильных процессах.

Целесообразность и эффективность использования ВЭР определяется тепловой мощностью энергоисточника, непрерывностью выдачи теплоты и температурным уровнем, т. е. отношением

(Т - Т0)/Т

где Т - абсолютная температура теплового отхода, Т₀ - абсолютная температура окружающей среды.

Чем ближе температурный уровень к единице, тем целесообразнее использование ВЭР. Увеличение тепловой мощности энергоисточника при­водит к снижению удельных капитальных вложений и эксплуатационных расходов. Непрерывность выдачи теплового отхода (непрерывность техно­логического процесса) определяет экономическую эффективность исполь­зования этого ВЭР. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворя­ет теплота отработавших газов.

Текущее (на данный момент времени) теплосодержание отрабо­тавших в техпроцессе газов определяется выражением

(10.3)

где V - объемный расход газов, м /с, c_cu - средняя теплоемкость смеси газов, рассчитываемая по термодинамическим таблицам, t - их темпера­тура, °С.

При расчете теплосодержания газов следует учитывать присос возду­ха в газоходы. При нарушении плотности газоходов возможно значитель­ное увеличение коэффициента избытка воздуха, вследствие чего снижается температура и температурный уровень, т. е. ценность теплоты отработав­ших газов.

Начальная температура газов перед теплоиспользующей установкой зависит от места ее включения в газовый тракт, т. е. от общей технологи­ческой схемы производства. Начальная температура может существенно отклоняться от нормы, в частности вследствие неорганизованного догора­ния горючих компонентов в газоходах, из-за присосов воздуха. Появление присосов особенно нежелательно при общем снижении температуры отра­ботавших газов по особенностям технологического процесса производст­ва.

2. Теплообменники для отработавших газов

Допустимая предельная температура металлических рекуператорных теплообменников определяется жаростойкостью, а иногда и жаропрочно­стью применяемых марок стали. Жаростойкие металлы обладают стойко­стью против появления окалины при температурах выше 500 °С, работая в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Жаропрочные металлы пригодны для работы при высокой температуре в нагруженном состоянии с сохранением достаточной окалиностойкости. Для повышения жаростой­кости стали обычно применяют алитирование, т. е. покрытие поверхности тонким слоем расплавленного алюминия (методом погружения). Агитиро­ванная сталь при температурах 700.800 °С имеет втрое большую жаро­стойкость, чем углеродистая. Жаростойкость стали повышают хромовым легированием. При содержании хрома 17 % допустимая температура ме­талла составляет 800.850 °С.

Интенсивность теплоотдачи и потери давления в трубчатых тепло­обменниках зависят от скорости теплоносителя. В энергетике России оп­тимальными считаются скорости газа 5.8 м/с при продольном и 2.3 м/с при поперечном обтекании шахматных и коридорных трубных пучков. Получила распространение схема змеевикового конвективного трубчатого рекуператора, показанная на рис. 10.1. Эта схема отличается малой металлоемкостью, хорошей газоплотностью, беспрепятственным температурным удлинением змеевиков.

Рис. 10.1. Змеевиковый трубчатый теплообменник:

1,2 - вход и выход нагреваемого газа; 3,4 - вход и выход греющего газа

Энергетическое использование теплоты газов, отработавших в ме­таллургических, химических и других технологиях, позволяет сэкономить многие миллионы тонн условного топлива в год. Эта теплота может ис­пользоваться для систем отопления. Однако для систем отопления характе­рен сезонный и крайне неравномерный график потребления. Длительность отопительного сезона для различных климатических зон России составляет от 2000 до 5000 часов в год, причем и в эти периоды отопительная на­грузка снижается от кратковременного максимума, соответствующего температуре наиболее холодных зимних дней, в 4.5 раз к концу зимне­го сезона. Нагрузка на горячее водоснабжение составляет обычно не бо­лее 30 % от отопительной. Металлургический завод средней мощности мог бы выдавать за счет своих ВЭР 550.600 МВт тепловой энергии. Для ре­ального потребления такого количества теплоты даже в зимнее время были бы нужны громадные жилые массивы, что в непосредственной близости от такого завода невозможно. Поэтому использование ВЭР для отопления и производства пара низких параметров, как правило, целесообразно только для установок малой тепловой мощности.