4. Рекуперативные теплообменники. Гидравлический расчет.

Рекуператоры - это теплообменники непрерывного действия для высокотемпературного дутья. Теплообмен между теплоносителями осуществляется здесь непрерывно с помощью разделяющей стенки. Эти установки нагревают воздух до 1000 - 1100 С.Наибольшее применение в промышленности находят рекуперативные теплообменники, которые по взаимному направлению движения теплоносителей разделяют на прямоточные, противоточные, с перекрестным и смешанным током. Теплообменн6ик представляет собой аппарат, предназначенный для передачи тепловой энергии от одной среды к другой. По принципу взаимодействия теплоносителей различают системы: жидкость – жидкость, пар – жидкость, газ – жидкость, пар – пар и газ – газ. По конструктивным признакам рекуперативные теплообменники подразделяются на змеевиковые, трубчатые, "труба в трубе", кожухотрубные, спиральные, пластинчатые и специальные.Рекуператоры различают по схеме относительного движения теплоносителей - противоточные, прямоточные и др.; по конструкции - трубчатые, пластинчатые, ребристые и др.; по назначению – подогреватели воздуха, газа, жидкостей, испарители, конденсаторы и т. д.

Гидравлический расчет теплообменника необходим, потому что между теплопередачей и потерей давления существует тесная физическая и экономическая связь. Чем больше скорость теплоносителей, тем выше коэффициент теплопередачи и тем компактнее для заданной тепловой производительности теплообменник, а следовательно, меньше капитальные затраты. Но при этом растет сопротивление потоку и возрастают эксплуатационные затраты.

Основной задачей гидромеханического расчета является определение потери давления теплоносителя при прохождении его через аппарат.

П олный перепад давления, необходимый при движении жидкости или газа через теплообменник, определится по формуле:

где слагаемые - суммарные потери сопротивления трения на всех участках, местные потери давления.

г де L – приведенная длина каналов, м;

d_э – эквивалентный диаметр каналов, м ;

- плотность рабочей среды;

x – число пакетов для данного теплоносителя;

w_ш – скорость в штуцерах на входе и выходе;

- для ламинарного движения; - ля турбулентного движения.

Коэффициент а определяют по таблице.

Скорость жидкости в штуцерах:

При скорости жидкости в штуцерах меньше 2,5 м/с их гидравлическое сопротивление можно не учитывать.

13. Проведите сравнение технико-экономических показателей паротурбинных, газотурбинных и парогазовых тэц.

Широкое применение ПТУ в энергетике связано с их надежностью, большим ресурсом работы и отсутствием компрессора для сжатия рабочего тела — водяного пара до высоких давлений. Однако экономичность ПТУ ограничена. Даже при сверхкритических тепловых параметрах водяного пара к.п.д. ПТУ едва достигает 40%. К недостаткам ПТУ относятся также большой удельный расход тепла (около 2000 ккал/кВт-ч) на производство электроэнергии, большие габариты, значительный удельный вес, невысокая надежность поверхностей нагрева парогенераторов, большие удельные объемы водяного пара в последних ступенях турбины, большое время запуска (несколько суток). Кроме того, мощные энергетические ПТУ, работающие на природном химическом топливе (уголь, мазут), являются крупными источниками вредных выбросов в атмосферу и тепловых выбросов в водоемы.

По сравнению с ПТУ ГТУ имеет целый ряд существенных преимуществ: в 1,5-2 раза меньшую площадь и в 2-3 раза меньшую кубатуру главного здания электростанции, примерно в 2 раза меньшие металлоемкость. ГТУ отличается высокой эксплуатационной надежностью, маневренностью и простотой обслуживания, малым временем выхода на полную нагрузку (10—20 мин), возможностью полной автоматизации и дистанционного управления, а также отсутствием расхода охлаждающей воды. Однако КПД таких электростанций не очень высок, около 27-29%, так что их используют в основном как резервные источники электроэнергии для покрытия пиков нагрузки на электрическую сеть, или для снабжения электричеством небольших населенных пунктов.

В последнее время в энергетике появились комбинированные парогазовые установки (ПГУ), представляющие собой надстройку паротурбинного цикла, где в надстроечной части применяется газовая турбина, отработавшие газы которой имеют высокую температуру (500—600 °С) и подаются в топку котла-утилизатора для генерации водяного пара, работающего затем в паровой турбине. Подобная ПГУ из-за высокой начальной температуры цикла (более 1000 °С) теоретически может иметь КПД более 50 %, что существенно выше, чем у обычной паротурбинной установки и у отдельной ГТУ.

Схема ПТУ на ТЭЦ:

1— котел (парогенератор); 2 — топливо; 3 — паровая

турбина; 4 — электрический генератор; 5 — промышленный потребитель пара; 6 — насос обратного конденсата с производства; 7— регенеративный подогреватель;

8 — питательный насос парового котла. 9— потеря пара и конденсата у потребителя;

1 0 — добавочная вода для выполнения потерь;

49 Особенности энергосбережения в высокотемпературных теплотехнологиях. Энергосбережение при выплавке металлов.

Металлургия занимает лидирующее место по ущербу для окружающей среды. В металлургической отрасли вырабатывается и выбрасывается «на ветер»  огромное количество электроэнергии, которую можно использовать  для нужд  муниципальных образований. Следует учесть, что  предприятия металлургического комплекса обычно являются градообразующими.

Учитывая огромные затраты, которые выплачивают предприятия металлургического профиля в  связи с загрязнением  воздушного пространства,  у них есть возможность  вернуть часть средств, затраченных на  улучшение экономико-экологических показателей работы.

Особенность потенциала энергосбережения на металлургических предприятиях заключается в том, что на сегодняшний момент времени существует значительный моральный и физический износ основного энерготехнологического оборудования. Для металлургических заводов вопросы энергосбережения являются одним из основных направлений для снижения издержек производства и повышения конкурентоспособности их продукции на рынке.

Качественное энергетическое обследование предприятия позволяет получить достаточно полную информацию о возможном повышении эффективности использования ТЭР .

- Ремонт, наладка и замена оборудования, осуществление работ по изоляции паропроводов, автоматизации процессов сжигания топлива, модернизации и реконструкции основного энергоемкого оборудования, достижению номинальной производительности и т.п.

- Повышение уровня утилизации вторичных энергоресурсов (ВЭР).

- Использование и внедрение новых высокоэффективных энергосберегающих технологий и оборудования.

- Эффективное использование ВЭР(металлолом) позволяет замещать покупные ТЭР, что значительно снижает энергоемкость и себестоимость продукции. Максимальное использование ВЭР и внедрение энергосберегающих мероприятий решает одновременно экологические проблемы на предприятиях и позволяет уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.

Высокотемпературное тепло применяется при плавке и обработке металлов. Для получения металлов можно плавить руду или металлолом. Доказано, что при получении, например, стали из металлолома расход теплоты на плавку можно сократить на 30 – 40%.

- Использование коксового, доменного газа на собственной ТЭЦ позволяет значительно снизить до 2.3 раз себестоимость электроэнергии и пара; утилизация теплоты при сухом тушении кокса на котлах-утилизаторах с установкой паровых турбин для выработки электроэнергии; предварительный подогрев угольной шихты отходящими газами дозволяет снизить расход топлива на 70 Мкал на 1 т кокса; в доменном производстве утилизация ВЭР позволяет значительно снизить затраты ТЭР на 1 т чугуна (до 3,5 Гкал/т), использование доменного или коксового газа в нагревательных печах прокатного производства позволяет существенно снизить расход природного газа и до 20% снизить себестоимость продукции.