Основные направления экономии топлива и энергии в печах и сушильных установках. Полезное использование низко-потенциальных энергоресурсов. Теплонасосные установки (тну)

Нагревательные термические, а также сушильные установки в промышленности являются одними из основных потребителей топлива, причем в них как правило, расходуется мазут и газ. В подавляющем большинстве случаев промышленные печи работают с весьма низким КПД, который в производственных условиях чаще всего не превышает 15-25% , т. е. в 4-5 раз ниже, чем КПД современных парокотельных установок. Низкий КПД обуславливается в основном очень большими тепловыми потерями с уходящими дымовыми газами.

1.Лучшим методом повышения КПД печей и экономии топливаявляется возврат в печь части тепловой энергии, содержащейся в уходящих дымовых газах, путем подогрева врекуператорах или регенераторах воздуха, используемого для горения топлива, а также горячего газа. Рекуператоры устанавливаются за печами или сушильными установками. Подогрев воздуха обеспечивает не только экономию топлива, но и повышает температуру продуктов сгорания топлива, что способствует ускорению нагрева металла или других материалов и делает возможным применение новых способов нагрева (в инертной среде).

Тепловые потери с уходящими газами

Q_ух=V_ух∙C_ух∙t_ух, где

V_ух- объем дымовых газов, уходящих из печи или сушила, м³;

C_ух- объемная теплоемкость газов, кДж/(м³∙К);

t_ух-температура уходящих газов,⁰С.

Тепловые потери с уходящими газами составляют 60-75%. Средняя температура уходящих дымовых газов в печах 500-1350 °С; в сушильных установках - 150-450 °С.

Экономия топлива

или где

i₁- удельная энтальпия дымовых газов в топке, кДж/м³;

i₂- удельная энтальпия дымовых газов по выходе из печи, кДж/м³;

η- отношение энтальпии подогретого воздуха к энтальпии уходящих из печи дымовых газов (степень рекуперации тепловой энергии).

Q- теплота сгорания топлива, кДж/кг;

i _в– удельная энтальпия подогретого воздуха, отнесённая к единице объёма или массы топлива, кДж/м³;

i _ух– удельная энтальпия дымовых газов, уходящих из печи, отнесённая к единице объёма или массы топлива, кДж/м³;

2. Экономия топлива может быть достигнута за счет установки котлов-утилизаторов.

Теплота дымовых газов, уходящих из печей, кроме подогрева воздуха может быть использована в котлах - утилизаторах для выработки водяного пара. Пар направляется внешним потребителем для производственных и энергетических нужд (в крупных печах, мартеновских, медеплавильных и т. д.).

Установка котлов-утилизаторов за печами даёт 30 % экономии топлива. Выработанный пар используется для теплофикации или в паровых турбинах низкого давления.

На промышленных предприятиях имеются два крупных источника низко-потенциальных, тепловых вторичных энергоресурсов:

1.Теплые негорючие жидкости (сточные воды промышленной канализации, система оборотного водоснабжения и сети возврата конденсатора).

2.Теплый воздух общеобменной вытяжной вентиляции и естественной аэрации горячих цехов.

На промышленных предприятиях образуется много сравнительно теплой чистой воды, циркулирующей в системе оборотного водоснабжения или сливаемой в реки и моря. Эта вода выходит из систем охлаждения компрессоров, дымососов, кристаллизаторов и особенно промышленных печей. Теплота из охлаждаемых элементов в мартеновских печах, достигает 20-30% от всего расхода энергии. Элементы печей охлаждают химически очищенной водой и в результате получают тепловую энергию для систем отопления или в виде пара.

Общеобменная принудительная вентиляция выдает в атмосферу теплый (отработанный) воздух (20-30°С) и примерно такое же количество воздуха, но уже холодного (зимой до -40°С) забирает в цех. Для подогрева свежего воздуха ставятся мощные калориферы. Низко-потенциальную теплоту отходящих от промышленных установок газов, как правило не используют.

Все возрастающее потребление энергоресурсов делают особенно актуальной проблему экономии топлива, а с ней тесно связана другая важнейшая проблема - экологическая.

Тепловые насосыне только позволяют в весьма больших размерах экономить топливо, но и снижают загрязнение окружающей среды. Для их работы обычно требуется электрическая энергия, транспорт которой значительно проще и дешевле. Тепловые насосы применяются как для обогрева, так и для охлаждения помещений, для одновременного производства теплоты и холода, для сушки и дистилляции и т. д.

Три основных элемента ТНУ:

1.Тепловой насос (ТН);

2.Низкопотенциальный источник теплоты (НПИТ);

3.Потребитель теплоты (ПТ);

По типам ТН различают:

-парокомпрессорные ТНУ;

- абсорбционные;

-пароэжекторные;

-термоэлектрические и др.

По типу теплоносителей НПИТ и ПТ рассматриваются следующие ТНУ:

- Воздушно - воздушные(системы кондиционирования, НПИТ – вытяжной воздух помещений, наружный воздух, отработавший сушильный агент);

- Воздушно - водяные ТНУ(для ГВС, теплоснабжения, технологических нужд, НПИТ – вытяжной воздух помещений, отработавший воздух сушилок);

-Водо - воздушные ТНУ(для кондиционирования, теплоснабжения ферм, теплиц, НПИТ-сточные воды, вода оборотных систем охлаждения и др.);

- Водо - водяные (отопление, ГВС, НПИТ-сточные воды, вода оборотных систем охлаждения и др.);

Выбор схемы ТНУ определяется видом НПИТ. Естественные НПИТ - воздух, вода, грунт. Искусственные НПИТ -тепловые отходы различных производств.

ТНУ для кондиционирования и вентиляции воздуха ( с промежуточным теплоносителем)

Преимущества:

- простота;

- удобство регулирования температуры;

- реверсивность.

Приточный воздух догревается вытяжным воздухом.

Недостаток:

- необходимость обеспечения больших теплообменных поверхностей.

Кондиционер с увлажнителем вытяжного воздуха

За счёт орошения достигается более глубокое использование теплоты вытяжного воздуха и уменьшение теплообменной поверхности испарителя. Охлаждённый вытяжной воздух может сбрасываться в атмосферу, а может частично направляться на рециркуляцию с подогревом в конденсаторе после смешения с наружным воздухом.

Кондиционирование воздуха с использованием теплоты низкотемпературной воды

Вода подаётся насосом в испаритель ТН, где отдаёт своё тепло. В конденсаторе вода нагревается и подаётся в теплообменник кондиционера (зимний режим). Летом изменяет движение хладагента.

ТНУ для отопления и ГВС могут использовать в качестве НТИП вытяжной воздух, оборотный воздух, газ сушилок, сбросные воды производства. Получаемая горячая вода может использоваться для отопления и ГВС.