4736

10

паряется – происходит разрядка аккумулятора. Пар, поступивший из аккумуля-

тора в магистраль, пополняет разницу между расходом и притоком пара. паро-

вые аккумуляторов обычно выполняются в виде горизонтальных цилиндриче-

ских сосудов, заполненных на 90…95% объема водой.

При проектировании аккумуляторов соотношение между длиной корпуса l и диаметром d принимают равным t = 4÷5 d.

Тепловые потери изолированных аккумуляторов даже при установке их на открытом месте незначительны и не превышают 115 – 175 Вт/м2.

Необходимая емкость парового аккумулятора может быть найдена из ба-

ланса теплоты

11

где ρ1 – плотность воды (конденсата) в начале разрядки, кг/м3; α – коэффициент, учитывающий долю заполнения аккумулятора водой

(α = 0,9÷0,95).

Удельный объем аккумулятора, м3/кг, отнесенный в 1 кг аккумулируемо-

го пара

Размеры аккумулятора зависят от заданных значений начального и ко-

нечного давления и общей требуемой аккумулирующей способности. Послед-

няя должны быть определена по графику нагрузки аккумулятора. Использова-

ние аккумуляторной установки тем эффективнее, чем чаще и равномернее че-

редуются пики и провалы в графике нагрузки аккумулятора и чем короче пе-

риоды его зарядки и разрядки.

Пример 1. Определить основные размеры парового аккумулятора, вклю-

ченного в линию мятого пара кузнечных молотов. Расчетное количество акку-

мулируемого пара 8000 кг. Допустимые пределы колебания пара:

-максимальное – при зарядке p1=0,2 МПа;

-минимальное – при разрядке p2=0,13 МПа.

Коэффициент заполнения водой внутреннего объема аккумулятора при-

нять α = 0,95. Потерей теплоты в окружающую среду пренебречь.

Решение. По таблицам водяного пара находим:

для p1=0,2 МПа tн1=120 °С, ρ1=943 кг/м3;

для p2=0,13 МПа tн2=107 °С, i2=2680 кДж/кг; с=4,19 кДж/(кг∙К). 1. По формуле (4) определяем емкость аккумулятора

2. Принимаем соотношение l = 5d. Тогда

откуда находим диаметр аккумулятора d = 4,5 м и его длину l = 5∙4,5 = 22,5 м.

12

Компрессия отработавшего пара

В ряде случаев давление отработавшего или вторичного пара оказывается недостаточным для имеющегося теплового потребителя. Повышение давления пара можно осуществить в теплонасосных установках: механических, абсорб-

ционных и струйных.

Рис. 3. Использование отработавшего пара с помощью струйных компрессоров: 1 – паровой молот; 2 – набивкоуловитель; 3 – маслоотделитель; 4 – пароструйный компрессор; 5 – редуктор; 6 – предохранительный клапан; 7 – паромер; 8 – потребитель пара низкого

давления; 9 – потребитель пара повышенного давления.

Для повышения давления отработавшего пара наибольшее распростране-

ние получили струйные теплонасосные установки, работающие по повыситель-

ной разомкнутой схеме, так называемые пароструйные компрессоры.

Применение струйных компрессоров позволяет уменьшить расходы ост-

рого пара и пара повышенного давления за счет частичного использования от-

работавшего пара.

На рис. 3 и 4 показаны различные схемы использования низкопотенци-

ального пара с помощью пароструйных компрессоров.

13

Рис.4. Использование вторичного пара с помощью струйных компрессоров:

а– использование пара вторичного вскипания промышленного конденсата;

б– использование вторичного пара испарительной установки; 1 – теплообменник; 2 – пароструйный компрессор; 3 – отопительный прибор; 4 – конденсатоотводчик; 5 – конденсатосборный бак; 6 – испаритель; 7 – насос

При использовании отработавшего пара на цели теплоснабжения пред-

почтение следует отдавать круглогодичным потребителям теплоты на произ-

водственные нужды (подогрев воды, идущей на ХВО и питание котлов, нагрев промывочных, масляных и других ванн), а также на горячее водоснабжение

(душевые и пр.).

Отработавший пар широко используется для покрытия отопительно-

вентиляционных нагрузки предприятия, а в ряде случаев и заводских поселков,

расположенных вблизи. Недостатком этого способа теплоснабжения является сезонность тепловой нагрузки, в связи с чем в летнее время резко ограничено использование отработавшего пара. Для устранения этого недостатка в летнее время можно использовать отработавший пар для выработки холода (в паро-

эжекторных холодильных машинах), главным образом для кондиционирования воздуха в производственных помещениях. Другим методом достижения более

14

равномерного потребления отработавшего пара является его комплексное ис-

пользование для теплоснабжения и выработки электроэнергии.

Установка конденсационных турбин низкого давления («мятого» пара)

требует значительных капиталовложений, в то время как удельная выработка электроэнергии такими турбинами невелика. Кроме того, турбины, не загру-

женные полностью (по расходу пара), резко ухудшают свои технические пока-

затели.

Как показали проведенные исследования, использование низкопотенци-

ального пара для выработки электрической энергии экономически целесооб-

разно на крупных заводах, располагающих большими количествами пара от вторичных энергоресурсов.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ

Использование теплоты промышленного конденсата

Теплообменные аппараты промпредприятий в зависимости от характера технологического процесса потребляют пар различного давления (0,3…1,5

МПа). Поэтому конденсат, отводимый из аппаратов, имеет температуру насы-

щения 130…190°С, энтальпия его составляет 560…815 кДж/кг.

Энтальпия конденсата может быть еще выше, если учесть, что через не-

плотности в конденсатоотводчиках прорывается некоторое количество так на-

зываемого «пролетного» пара. В зависимости от типа конденсатоотводчиков,

правильного выбора их и состояния величина «пролетного» пара составляет около 5,0…20 % количества пара, расходуемого в теплообменнике.

В открытых конденсатосборных системах конденсат, попадая в сборный бак, частично испаряется. Количество образующегося пара вторичного вскипа-

ния на 1 кг конденсата равно:

где iк – энтальпия конденсата, поступающего в бак;

15

iа –энтальпияводы при температуренасыщения,соответствующейдавлениювбаке; rа – теплота парообразования при давлении в баке.

Для указанных выше параметров конденсата при его вскипании в баке,

сообщенном с атмосферой (открытые системы сбора конденсата), количество образующегося пара вторичного вскипания равно 6…18 % расхода конденсата;

всреднем это составляет потерю тепла около 320 кДж на 1 кг конденсата.

Взакрытых конденсатосборных системах горячий конденсат, если его не охлаждать, немедленно сравняет давления в конденсатном баке и в теплооб-

меннике, что недопустимо по условиям механической прочности бака. Таким образом, и в открытой и закрытой конденсатосборных системах необходимо снизить температуру конденсата, поступающего в сборный бак, до tн ≤ 100°С.

Рассмотрим некоторые схемы использования теплоты промышленного конден-

сата (рис.5).

Рис. 5. Схема использования теплоты производственного конденсата: а – поверхностный охладитель конденсата; б – конденсатор пара вторичного вскипания; в – смешивающий конденсатор пара вторичного вскипания; г – расширитель-сепаратор; 1 – паровой теплообменник; 2 – конденсатоотводчик; 3 – охладитель конденсата; 4 – конденсатосборный бак; 5 – предохранительный гидрозатвор; 6 – насос; 7 – поверхностный конденсатор;

8 – смешивающий конденсатор; 9 – расширитель-сепаратор; 10 – отопительный прибор

16

Теплота от конденсата отбирается или в водяном теплообменнике, уста-

новленном на конденсатопроводе (рис. 5, а), или в конденсаторе вторичного вскипания (рис. 5, б и в).

Если в цехе имеется пар двух давлений p1 и p2, возможна установка на конденсатопроводе расширителя-сепаратора (рис. 5, г). Горячий конденсат в расширителе частично вскипает, и образовавшийся пар поступает в отопитель-

ную систему. Оставшийся в расширителе конденсат, охлажденный до темпера-

туры tн2, поступает в сборный бак. Возможно также использование пара вто-

ричного вскипания, полученного из промышленного конденсата с помощью пароструйного компрессора. Ранее было дано описание этой схемы (рис.4, а).

Теплота конденсата, как видно из схем, обычно используется на цели те-

плоснабжения: отопительно-вентиляционные системы, горячее водоснабжение производственных и санитарно-бытовых потребителей тепла.

Использование теплоты нагретой воды охлаждающих устройств

Некоторые производственные агрегаты во время работы выделяют боль-

шое количество теплоты, которая должна быть отведена для поддержания нор-

мального технологического процесса. Обычно в качестве охлаждающего агента применяют воду. Охлаждающая вода требует для работы промышленных пе-

чей, различных конденсаторов поверхностного и смешивающего типа, много-

ступенчатых компрессоров, двигателей внутреннего сгорания и т.п. Наиболь-

шего количества охлаждающей воды требуют промышленные печи.

Вода в печах, пройдя систему охлаждения, сбрасывается в дренажах или направляется в систему оборотного охлаждения. В обоих случаях со сбросной горячей водой теряется значительное количество теплоты. На крупных метал-

лургических заводах эта потеря составляет 25…45 МВт. В ряде случаев охлаж-

дающая вода бывает загрязнена производственными примесями (кислоты, ще-

лочи, взвешенные частицы и др.). Поэтому вопрос об использовании воды дол-

жен решаться после тщательного анализа ее состава.

17

Неочищенную охлажденную воду нагревают в печах до температуры не выше 35…40 °С из-за возможного выпадения накипи при более высоких темпе-

ратурах. Это приводит в завышенным расходу охлаждающей воды и затрате энергии на ее перекачку. Подогрев охлаждающей воды до 70…95 °С может быть допущен при незначительном содержании солей карбонатной жесткости

(мягкая природная вода или химическая умягченная).

Следует помнить, что использовании теплоты сбросной охлаждающей воды определяется в основном ее температурой: чем ниже температура, тем меньше возможностей утилизировать теплоту воды. Характер использования сбросной воды определяется ее количеством, а также тепловой схемой про-

мышленного предприятия.

Как и другие низкотемпературные производственные отходы теплоты,

сбросная вода может быть использована в системе водоприготовления заво-

дской ТЭЦ или котельной для теплоснабжения предприятия и заводского по-

селка (особенно при открытой системе теплоснабжения).

На рис. 6 показана схема использования теплоты горячей воды охлаждаю-

щих устройств. Часть воды, нагретой в промышленной печи, непосредственно разбирается потребителем. Другая часть, пройдя через подогреватели и отдав теп-

лоту в отопительных приборах, возвращается в систему охлаждения. Для поддер-

жания теплового баланса установки часть воды направляется в охладитель.

В ряде случаев целесообразно использовать нагретую воду для тепло-

снабжения сельскохозяйственных потребителей – парниково-тепличного хо-

зяйства.

В средней полосе Союза для обогрева теплиц и парников может быть ис-

пользована горячая вода с температурой 40…60 °С, а для утепления грунта –

30…40 °С. График использования горячей воды для овощеводства имеет сезон-

ный характер, но более благоприятный, чем отопительно-вентиляционный. Так,

тепловая нагрузка теплично-парниковых установок в апреле составляет 40 %, а

в мае соответственно 20 % максимально расчетной.

18

Рис. 6. Схема использования теплоты горячей воды: 1 – промышленная печь; 2 – охладитель воды (градирня); 3 – сборный бак; 4 – потребители горячей воды; 5 – пароводяной подогреватель; 6 – отопительный прибор;

7 – насос; I – пар; II – конденсат; III – добавка воды

Рис. 7. Схема с испарительным отводом теплоты от производственного агрегата: 1 – источник производственной теплоты; 2 – испаритель (сепаратор); 3 – турбина;

4 – конденсатор; 5 – питательный бак; 6 – потребитель пара; 7 – насос

Рассмотрим весьма прогрессивный метод использования теплоты охлаж-

дающей воды путем перевода производственных агрегатов на охлаждение ки-

пящей водой (рис. 7). Поступающая в производственный агрегат (печь и т.п.)

охлаждающая вода частично испаряется. Полученный пар может быть направ-

лен к тепловому потребителю или в турбину низкого давления для выработки электроэнергии.

Так как для подогрева и испарителя 1 кг охлаждающей воды требуется около 2500 кДж, расход ее через агрегат сокращается примерно в 20 раз по сравнению с водяным охлаждением, где перепад энтальпии воды составляет

i c t 4,19 30 125 кДж/кг.

19

Выход пара при испарительном охлаждении металлургических печей со-

ставляет 0,17…0,22 т на 1 т чугуна. Давление полученного пара достигает сле-

дующих величин:

pп, МПа Мартеновские печи……………………………………………….. 1,2

Методические нагревательные печи…………………………….. 2,0 Электросталеплавильные печи…………………………………… 0,3-0,8

Перспективной является схема испарительного охлаждения мартеновских

печей с давлением пара до 4,0 МПа и в комплексе с котлами-утилизаторами.

Внутренние производственные тепловыделения

Источниками тепловыделения в производственных помещениях являются работающие механизмы, горячие поверхности оборудования и др. Эти тепло-

выделения нагревают воздух помещений и позволяют сократить расход тепло-

ты на отопление. Поэтому для правильного выбора расчетной производитель-

ности теплоснабжающей установки необходимо составить тепловой баланс производственных помещений.

4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ВТОРИЧНЫХ ТЕПЛОВЫХ РЕСУРСОВ

ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Энергетическую эффективность использования вторичных энергоресур-

сов принято оценивать экономией теплоты в топливе, получающейся в той энергетической установке (ТЭС, котельная), которую замещает данная утили-

зационная установка.

При раздельной схеме энергоснабжения предприятия (КЭС и промыш-

ленная котельная) работа утилизационной установки не влияет на способ выра-

ботки электроэнергии. Поэтому экономия теплоты в топливе ∆Qт, полученная в промышленной котельной при работе теплоутилизационной установки, равна: