Чейлытко ВЭР

103

iУХМ - ентальпія 1 м3 продуктів згоряння при середній температурі поверхні нагрівання металу, кДж/м3.

4.4 Ефективність комбінованих тепловикористовуючих установок

При використанні ВЕР для цілей, пов'язаних з проведенням основного технологічного процесу, коефіцієнти внутрішнього використання тепла (ексергії) палива

ВНЭН		iВН ;	ВНЭКЗ	ЕВН ,	(3.40)
		iТ		iТ

де iВН ( ЕВН ) - корисна зміна ентальпії ( ексергії ) первинного теплоносія (продуктів горіння), викликане, наприклад в печах, попереднім підігрівом компонентів горіння для спалювання палива або матеріалу.

Якщо ВЕР використовуються для зовнішніх по відношенню до основного технологічного процесу цілей (наприклад, для отримання пари , гарячої води та ін. ), то коефіцієнти зовнішнього використання тепла (ексергії ) палива.

НАРЭН		iНАР	;	НАРЭКЗ		ЕНАР	,	(3.41)
		iТ				iТ

Енергетичний к. в. п. ( ексергетичний к. п. д.) технологічної установки, що складається з основного агрегату і пристроїв для внутрішнього теплоспоживання.

ТЭН.У аЭН ВНЭН ;

ТЭКС.У

аЭКС ВНЭКС ,

(3.42)

Енергетичний к.в.п. ( ексергетичний к.к.д.) комбінованої установки, що з технологічної установки і пристроїв для зовнішнього використання тепла (ексергії) ВЕР.

											104
	КЭН.У	ТЭН.У	НАРЭН ;			КЭКС.У		ТЭКС.У		НАРЭКС ,	(3.43)
Якщо через	bТ.У	позначити питому витрату палива в технологічній
установці , а bа -	питому витрату палива в основному агрегаті , що не має
внутрішнього теплоспоживання , то
		bТ.У			1			а		,	(3.44)
					ВНЭН
		ba	1				ВН а
					ЭН
					а

тобто внутрішнє теплоспоживання у всіх випадках веде до зменшення питомої витрати технологічного палива.

Навпаки , зовнішнє теплоспоживання не впливає на економію палива в технологічній установці , а веде до зниження витрати палива.

На підставі (3.40) і (3.41) для будь-якого i-го елемента теплоутилізаційної частини комбінованої установки енергетичний к.в.п.

iЭН	1 KiЭН ii ii 1 ,	(3.45)
	iТ

де ii ii 1 - наявна різниця ентальпій первинного теплоносія в даному ланці , кДж/м3;

KiЭН - коефіцієнт енергетичних втрат в цій же ланці.

Ексергетичний показник елементів теплоутилізаційної установки (повітро- , газопідігрівачі та ін. ) без зміни агрегатного стану вторинних теплоносіїв,

			T			,	(3.46)
iЭКС	iЭН 1			O
			T ВН

де T ВН - середня термодинамічна температура вторинного теплоносія в розглянутій ланці , К.

						105
Для парогенераторів на відхідних газах ( ПОГ ) ,
ПОГ		TO	sП sП.В		,	(3.47)
	ПОГ 1
ЭКС	ЭН
			iП iП.В

де sП , sП.В , iП, iП.В - ентропії та ентальпії пара ПОГ і живильної води.

У відповідності зі схемою комбінованої пічної установки ексергетичні коефіцієнти виражаються наступними залежностями :

T

I. Печьвоздухоподогреватель -

КЭКС.У

аЭКС ВЭН.П 1

O

;

T ВЗ

II..ПечьПОГ - К.У

а

ПОГ

TO

sП

sП.В

1

;

ЭКС

ЭКС

ЭН

iП

iП.В

III.ПечьВП- ПОГ

-

К.У

а

В.П 1

TO

sП

;

ПОГ 1 TO

ЭКС

ЭКС

ЭН

ЭН

sП.В

T ВЗ

iП

iП.В

IV.ПечьПОГ- ВП

-

К.У

а

ПОГ

TO

sП

sП.

В

.П 1

TO

,

1

В

ЭКС

ЭКС

ЭН

ЭН

iП iП.В

ВЗ

T

(3.48)

де T ВЗ - середня термодинамічна температура повітря в ВП , К;

ВЭН.П , ПОГЭН - енергетичні коефіцієнти використання палива , відповідно, в ВП

іПОГ .

4.5Ексергетичний метод розподілу витрати палива в комбінованих установках

Витрата палива на технологічні агрегати складе,

BT aTЭКСB ,

(3.49)

де В - витрата палива в комбінованій установці.

При цьому,

aTЭКС	ЕТ ;	aЭНЭКС	ЕЭН .	(3.50)
	ЕР		ЕР

106

Загальна наявна різниця ексергії в комбінованій установці,

EP EВХ EУХ ,

(3.51)

де EВХ , EУХ - сумарна ексергія всіх енергоносіїв на вході в комбіновану установку і на виході з неї , кДж/с.

Витрата ексергії в технологічній частині комбінованої установки,

EТ E ВХ EОТХ .

(3.52)

Витрата ексергії в енергетичній (утилізаційній) частині комбінованої установки,

EЭН E ОТХ EУХ .

(3.53)

При розподілі витрати палива пропорційно витраті ентальпії в технологічній та енергетичній частинах комбінованої установки маємо,

BT aTi B;	BЭН aЭНi B ,	(3.54)

деaTi і aЭНi - коефіцієнти , які враховують відповідні частки наявної загальної різниці ентальпії I P , витрачені в розглянутих частинах комбінованої установки.

При цьому:
a	Ti		IТ ;	a	ЭНi		IЭН	.	(3.55)
			IР				IР
Загальна наявна різниця ентальпії в комбінованій установці,
			IP	I ВХ		IУХ ,			(3.56)

107

де I ВХ , IУХ - сумарна ентальпія всіх енергоносіїв на вході в комбіновану установку і на виході з неї , кДж/с.

Перепад ентальпії в технологічній частині комбінованої установки,

IТ I ВХ I ОТХ .	(3.57)
Перепад ентальпії в енергетичній частині комбінованої установки,
IЭН I ОТХ I УХ .	(3.58)

При віднесенні ексергії ( ентальпії ) нагрітого повітря до технологічної частини установки, а ексергії ( ентальпії ) охолодження елементів печі (випарне охолодження) - до енергетичної частини,

E

E

E

E

;

I

I

I

I

;

,

(3.59)

T

T

Д

ОХЛ

;

T

T

ОХЛ

Д

I

E

E

ЭН

E

ОХЛ

E

Д

I

I

ЭН

I

ОХЛ

Д

;

ЭН

ЭН

ЕТ

;

IТ

;

aT

ЕР

aTi

IР

(3.60)

.

ЕЭН

IЭН

aЭН

;

aЭНi

.

ЕР

IР

Ефективність комбінованої установки тепловикористанні вище, ніж при зовнішньому. відношенню до процесу в печах) цілей слід надлишок наявних ВЕР .

при внутрішньому Тому для зовнішніх (по використовувати тільки

Термодинамічна ефективність виявляється тим вище, чим менше втрати від незворотності процесів. Прагнення до зниження цих втрат приводить до висновку, що теплообмін між гріючим і нагріваємим агентами повинен протікати при мінімальній різниці температур. При цьому термодинамічний аналіз суперечить технічним та економічним аспектам проблеми.

108

Таким чином, на основі одного лише термодинамічного аналізу задачі створення економічно виправданої установки з використанням ВЕР не може бути вирішена. Термодинамічна оцінка ефективності вказує тільки загальні принципи вибору напрямків використання ВЕР. Остаточне рішення задачі вибору напрямку і методу використання ВЕР має ґрунтуватися на техніко - економічних порівняннях за різними варіантами.

109

5 ОСНОВИ ТЕОРІЇ ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛА ВІДХІДНИХ ГАЗІВ

Використання тепла ВЕР можливо за трьома напрямками.

Перший напрямок - замкнуті схеми - визначається тим , що тепло ВЕР використовується для процесів, що протікають в основних технологічних установках (підігрів компонентів горіння, попередній підігрів матеріалу шихти).

Другий напрямок - розімкнуті схеми (рис. 4.1) установок з використанням ВЕР - характеризується тим, що ВЕР використовуються для зовнішніх цілей, не пов'язаних з процесами, що протікають в основних технологічних установках, які є джерелом ВЕР (вироблення пари в парогенераторах, підігрів повітря стороннім споживачам тощо).

Третій напрям - комбіновані установки, в яких ВЕР використовуються як для внутрішніх, так і для зовнішніх по відношенню до процесу в технологічній установці цілей (замкнуто розімкнуті схеми).

Рисунок 4.1 - Схема регенеративного розімкнутого теплоспоживання

110

5.1 Використання вторинних енергоресурсів в замкнутих схемах теплоспоживання (регенеративне теплоспоживання)

5.1.1 Підігрів компонентів горіння

Підігрів компонентів горіння має мету забезпечувати необхідний за умовами технологічного процесу температурний рівень продуктів горіння; інтенсифікувати технологічний процес; підвищувати економічність паливовикористання в установках.

Підігрів компонентів горіння може здійснюватися в регенеративних або рекуперативних теплообмінниках, в яких використовується фізичне тепло відхідних продуктів згоряння , або шляхом автономного нагріву дуття як, наприклад, в кауперах доменних печей, або баластірованням продуктів згоряння.

Практикою вироблені для окремих видів вогнетехнічних установок і роду палива необхідні температури підігріву компонентів горіння.

На основі теплових балансів печі на холодних і гарячих компонентах горіння визначаються видатки палива,

BX	i i				1 q q		V		,
					QКАМ.Х
	1 2					p Т.П		П.С
BX	i1 i2				1 РЭН rP 1 q p qТ.П VП.С					,
						QКАМ .Г
де РЭН		- енергетичний коефіцієнт корисного теплоспоживання в
повітропідігрівачі ;
rP		QРЕГ			- коефіцієнт				використання тепла продуктів згоряння з
	VП.Сi2

ентальпією i2 , віднесеної до одиниці палива (коефіцієнт регенерації) для підігріву компонентів горіння;

111

i	QНР	- початкова ентальпія продуктів згоряння;
	VП.С

qp - тепло екзо- і ендотермічних реакцій , віднесене до тепла палива ;

qТ.П QТР.П - тепло технологічної продукції в частках.

QН

З останніх двох рівнянь можна знайти економію палива Э, отриману в результаті підігріву компонентів горіння,

	В		В				Q
Э		Х		Г				КАМ.Г
					1
			ВХ				QКАМ.Х

	1
							100 % .
	ЭН r i			2
1	Р	P
	i	i	2
	1

На рисунку 4.2 наведені результати розрахунку основних показників камерної печі за таких умов:

QНР = 7500 кДж/м3 ;

= 1,1 ;

T М = 1100 К;

= 0,86 ;

ТОТХ = 1375 К;

gХ = 250 кг / (м2 *год ) ;

i = 870 кДж / кг;

РЭН = 0,9 ;

ТM = 1525 К, підігрів повітря змінюється від 273 до 570 К.

112

Рисунок 5.2 - Результати розрахунку основних показників камерної печі:

	1 -	gГ	, 2 -		П.С , 3 - bГ	,
				T
		gХ
					bХ

З рисунку 5.2 слідує, що при роботі камерної печі на гарячому повітрі всі техніко - економічні показники печі поліпшуються. Так, при збільшенні температури повітря від 275 до 775 К напруга площі поду збільшується в 1,31 рази при одночасному зниженні питомої витрати палива на 25 %.

5.1.2 Підігрів палива

При спалюванні палива, його необхідно попередньо підготувати, підігріти повітря для хорошого спалювання палива, зменшиться при цьому хімічне недопалювання. Кожен вид палива (пиловугільна суміш, мазут і природний газ) проходять специфічну підготовку перед подачею його в пальник.

Пиловугільна суміш. Вугілля привезене залізницею пересипають в приймальний контейнер (приймальний пристрій ) і далі по транспортерній стрічці. Для початку видаляють поверхневу вологу в паливі , придбану при