- •Оглавление
- •Предисловие
- •Глава і основы механики печных газов
- •§ 1. Элементы теории подобия
- •§ 2. Общие сведения о свойствах и движении жидкостей и газов
- •§ 3. Статика газов
- •§ 4. Динамика газов
- •§ 5. Движение газов в рабочем пространстве металлургических печей
- •Глава іі основы теплопередачи
- •§ 1. Характеристика процессов теплообмена
- •§ 2. Конвективный теплообмен
- •§ 3. Теплопроводность
- •§ 4. Теплообмен излучением
- •Глава ііі нагрев металла
- •§ 1. Окисление и обезуглероживание стали
- •§ 2. Основы рациональной технологии нагрева стали
- •§ 3. Расчет нагрева металла
- •Глава IV топливо и его сжигание
- •§ 1. Характеристика топлива
- •§ 2. Основы теории горения топлива
- •§ 3. Устройства для сжигания топлива
- •Глава V материалы и строительные элементы печей
- •§ 1. Огнеупорные материалы
- •§ 2. Теплоизоляционные материалы
- •§ 3. Строительные материалы и металлы, применяемые для печей и их элементов
- •§ 4. Строительные элементы печей
- •§ 5. Сооружение печей
- •Глава VI утилизация тепла в метал- лургических печах
- •§ 1. Характеристика методов утилизации тепла в металлургических печах
- •§ 2. Утилизация тепла отходящих дымовых газов с целью предварительного подогрева газа и воздуха
- •§ 3. Утилизация тепла отходящих дымовых газов в теплосиловых устройствах
- •§ 4. Охлаждение печей
- •Глава VII очистка дымовых газов
- •§ 1. Характеристика газоочистных устройств
- •§ 2. Очистка газов доменного производства
- •§ 3. Очистка газов в сталеплавильном производстве
- •§ 4. Очистка газов в ферросплавном производстве
- •ГлаваViii топливные печи и конвертеры,
- •§ 1. Классификация и общая характеристика тепловой работы печей
- •§ 2. Доменные печи
- •§ 3. Сталеплавильные агрегаты
- •§ 4. Нагревательные печи прокатных цехов
- •§ 5. Термические печи прокатных цехов
- •Глава IX электрические печи, применяемые
- •§ 1. Характеристика процесса электрического нагрева
- •§ 2. Дуговые и плазменные печи
- •§ 3. Индукционные печи
- •§ 4. Печи сопротивления
- •§ 5. Электронно-лучевые печи
- •Глава X пуск, эксплуатация и ремонт печей
- •§ 1. Пуск и разогрев печей
- •§ 2. Эксплуатация печей и уход за ними
- •§ 3. Ремонт печей
- •§ 4. Техника безопасности при эксплуатации печей
- •Рекомендательный библиографический список
- •Условные обозначения
- •Предметный указатель
Глава VI утилизация тепла в метал- лургических печах
§ 1. Характеристика методов утилизации тепла в металлургических печах
Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печей, имеют высокую температуру и поэтому уносят с собой значительное количество тепла. Например в мартеновских печах из рабочего пространства с дымовыми газами уносится около 80 % всего тепла, поданного в рабочее пространство, в нагревательных печах 60 %. Из рабочего пространства печей дымовые газы уносят с собой тем больше тепла, чем выше температура дымовых газов и чем ниже коэффициент использования тепла в печи. Поэтому целесообразно обеспечивать утилизацию тепла отходящих дымовых газов, которая может быть выполнена принципиально двумя методами: с возвратом части тепла, отобранного у дымовых газов, обратно в печь и без возврата этого тепла в печь. Для осуществления первого метода необходимо тепло, отобранное у дыма, передать идущим в печь газу и воздуху (или только воздуху). Для достижения этой цели широко используются теплообменники рекуперативного и регенеративного типа, применение которых позволяет повысить к. п. д. печного агрегата, увеличить температуру горения и сэкономить топливо.
В ряде случаев тепло отходящих дымовых газов используется в теплосиловых котельных и турбинных установках. При этом тепло в печь не возвращается, но достигается существенная экономия топлива.
В отдельных случаях оба описанных метода утилизации тепла отходящих дымовых газов используются одновременно. Это делается тогда, когда температура дымовых газов после теплообменников регенеративного или рекуперативного типа остается достаточно высокой и целесообразна дальнейшая утилизация тепла в теплосиловых установках.
Учитывая важное значение, которое имеет утилизация тепла отходящих дымовых газов с возвратом части их тепла в печь, остановимся на этом вопросе подробнее.
Следует прежде всего отметить, что единица тепла, отобранная у дыма и вносимая в печь воздухом или газом (единица физического тепла), оказывается значительно ценнее единицы тепла, полученной в печи в результате сгорания топлива (единицы химического тепла), так как тепло подогретого воздуха (газа) не влечет за собой потерь тепла с дымовыми газами. Ценность единицы физического тепла тем больше, чем ниже коэффициент использования топлива и чем выше температура отходящих дымовых газов.
Для нормальной работы печи необходимо в рабочее пространство печи подавать определенное количество тепла. В это количество тепла входит не только тепло топлива (Qx), но и тепло подогретого воздуха или газа (Qф), т. е. Q = Qx + Qф.
Ясно, что при Q = const увеличение Qф позволит уменьшить Qx. Иными словами, утилизация тепла отходящих дымовых газов позволяет достичь экономии топлива, причем экономия топлива зависит от степени утилизации тепла дымовых газов
где Ів — энтальпия подогретого воздуха Вт/(Дж/период); Ід — энтальпия отходящих из рабочего пространства дымовых газов, Вт/(Дж/период).
Степень утилизации тепла, выраженная в процентах может быть также названа к. п. д. рекуператора (регенаратора):
Зная величину степени утилизации тепла, можно определить экономию топлива по выражению
где — энтальпия дымовых газов при температуре горения, Дж/м; Ід — энтальпия дымовых газов, покидающих печь, Дж/м3.
Снижение расхода топлива в результате использования тепла отходящих дымовых газов обычно дает значительный экономический эффект и является одним из путей снижения стоимости нагрева металла в промышленных печах.
Кроме экономии топлива, применение подогрева воздуха (газа) сопровождается увеличением калориметрической температуры горения, что может являться основной целью рекуперации при отоплении печей топливом с низкой теплотой сгорания.
Увеличение Qф
при
= const приводит
к увеличению температуры горения. Если
необходимо обеспечить определенную
величину Тк,
то повышение
температуры подогрева воздуха (газа),
приводит к уменьшению величины
,
т.е. к уменьшению доли в топливной смеси
газа с высокой теплотой сгорания.
Поскольку утилизация тепла позволяет значительно экономить топливо, целесообразно стремиться к максимально возможной, экономически оправданной степени утилизации. Однако необходимо сразу отметить, что утилизация не может быть полной, т. е. всегда R<1. Это объясняется тем, что увеличение поверхности нагрева рационально только до определенных пределов, после которых оно уже приводит к очень незначительному выигрышу в экономии тепла.
Как уже указывалось, утилизация тепла отходящих дымовых газов с возвратом в печь можно осуществить в теплообменных устройствах регенеративного и рекуперативного типов. Регенеративные теплообменники работают при нестационарном тепловом состоянии, рекуперативные при стационарном.
Теплообменники регенеративного типа имеют следующие недостатки:
регенераторы не обеспечивают постоянную температуру подогрева воздуха или газа, которая падает по мере остывания кирпичей насадки и ограничивает возможность применения автоматического регулирования печи;
прекращается питание печи теплом при перекидке клапанов;
при подогреве в регенераторах имеет место потеря топлива через дымовую трубу, при этом величина уноса достигает 5—6 % полного расхода;
большие объемы и масса регенераторов;
керамические регенераторы всегда располагают под печами; исключение составляют только кауперы, подмещаемые около доменных печей.
Однако, несмотря на очень серьезные недостатки, регенеративные теплообменники применяют еще на высокотемпературных печах (мартеновских и доменных печах, в нагревательных колодцах). Это объясняется тем, что регенераторы могут работать при весьма высокой температуре дымовых газов (1500—1600 °С). При такой температуре рекуператоры работать устойчиво пока не могут.
Рекуперативный принцип утилизации тепла отходящих дымовых газов более прогрессивен и более совершенен. Рекуператоры обеспечивают постоянную температуру подогрева воздуха или газа и не требуют никаких перекидных устройств — это обеспечивает более ровный ход печи и большую возможность для автоматизации и контроля ее тепловой работы. В рекуператорах отсутствует вынос газа в дымовую трубу, они меньшего объема и массы. Однако рекуператорам свойственны и некоторые недостатки, основными из которых являются низкая огнестойкость металлических рекуператоров и низкая газоплотность керамических рекуператоров.