2. Использование теплоты испарительного охлаждения

К энергетическим установкам, работающим на теплоте отходящих га­зов, близко примыкают системы использования теплоты принудительного охлаждения. В высокотемпературных печах стенкам передаются тепловые потоки в сотни кВт/м². Для сохранения огнеупорной футеровки печи от рас­трескивания и выкрашивания под влиянием термических напряжений при­меняется интенсивное охлаждение. В футеровку печи заделываются ме­таллические кессоны, через которые прокачивается вода или пароводяная смесь с содержанием пара до 20 % по массе, так что на стенках кессона еще обеспечивается пузырьковое кипение и высокая интенсивность отвода теплоты. Отвод теплоты при испарительном охлаждении определяется со­отношением

Q₀ = DAh, кВт, (6.4)

где D - паропроизводительность, кг/с, Ah - прирост энтальпии пара (примерно 2200 кДж/кг).

Схема использования теплоты испарительного охлаждения представ­лена на рис. 10.4.

Теплота технологической установки (например, плавильной камеры 1) передается трубам испарительного охлаждения 2. Пароводяная смесь поступает в барабан-сепаратор 5 котла-утилизатора. Пар направляется по паропроводу 6 в турбину, жидкая фракция возвращается циркуляцион­ным насосом 4 в испарительный теплообменник. Убыль жидкой фракции компенсируется питательным насосом 3.

Q

(

2

4 1 О

o

3

Рис. 10.4. Схема испарительного охлаждения:

1 - рабочая камера; 2 - испарительный теплообменник; 3 - питательный насос;

4. - циркуляционный насос; 5 - барабан-сепаратор; 6 - пар на турбину

Системы испарительного охлаждения могут работать как с принуди­тельным движением пароводяной смеси по схеме МПЦ (рис. 10.4), так и при естественной циркуляции с котлами типа Е. Системы испарительного охлаждения на крупных предприятиях объединяются с системами утилиза­ции теплоты отходящих газов в одну комплексную систему повышенного давления по схеме МПЦ. Элементы системы испарительного охлаждения для мартеновских, доменных, методических печей выполняются из сталь­ных труб малого диаметра, соединенных в кессоны нужной конфигурации. Расчетная нагрузка отвода теплоты в наиболее ответственных высокотем­пературных элементах систем принудительного охлаждения плавильных печей может достигать 600 кВт/м², что превышает нагрузку топочных экранов современных котлоагрегатов. Столь большая величина тепловых потоков объясняется концентрацией на этих элементах мощных лучистых потоков от высокотемпературного факела и раскаленных масс металла и шлака.

Температура тепловоспринимающей металлической стенки (для про­стоты считаем ее плоской) определяется соотношением

= to + qo [(1 /а,) + (8„ / Лм) + (8 / Л)], °С, (10.5)

где t₀ - температура пароводяной смеси, °С, q₀ - отводимый тепловой поток, кВт/м , а_в - коэффициент теплоотдачи от стенки к теплоносителю, кВт/м К, 8_М, 8_н - толщины слоев металла и накипи, м, Я_м, к_н - коэффи­циенты теплопроводности металла и накипи, кВт /(мК).

Анализ выражения (10.5) показывает, что при испарительном ох­лаждении необходимо обеспечивать безнакипный режим работы теплооб­менника. Действительно, при средней теплопроводности слоя накипи на уровне к_н = 1 Вт/(мК) его толщина в 1 мм вызывает температурный пе­репад в 500 °С, что переводит металл в недопустимую область ползуче­сти. Требуется соответствующее качество питательной воды. Необходимо также предотвращать застой пароводяной смеси и образование паровых пробок, когда выпадают все растворенные в воде соли.