Утилизация теплоты вэр в рекуперативных теплообменниках
Тепловые ВЭР имеют различные температурные параметры и подразделяются на 3 группы:
горячие газы, температура которых достигает 1000 градусов (уходящие газы из котельных агрегатов, дымовые газы от высокотемпературных установок, двигатели внутреннего сгорания);
продукты технологического процесса, имеющие температуру до полутора тысяч градусов (это могут быть нагретые слитки, шлак, раскалённый кокс, прокат);
низкопотенциальные вторичные энергоресурсы, имеющие температуру до 200 градусов (отработавший пар, вторичный пар, горячая вода, теплота нагретого воздуха).
Первые две группы этих ВЭР являются высокотемпературными и их полезное использование очевидно (котлы-утилизаторы). Использование теплоты третьей группы – наиболее сложная проблема, т.к. их температура невысока. Но с точки зрения эксэргетического анализа использование теплоты этой группы весьма эффективно.
Например при утилизации физической теплоты газов отмечаются следующие момента:
газообразные теплоносители имеют низкий коэффициент теплоотдачи, а следовательно, для их утилизации необходимы большие площади поверхности теплообмена;
в связи с малой плотностью газовых теплоносителей, газоходы имеют большие поперечные размеры;
для рационального использования теплоты газов применяют, в основном, два типа рекуперативных теплообменников:
пластинчатые оребрённые теплообменники (применяют в тех случаях, когда воздуховоды с горячим и холодным воздухом расположены близко друг от друга)
трубчатые оребрённые теплообменники с промежуточным теплоносителем (используют, если газоходы разнесены).
На практике часто встречаются случаи, когда в одной установке имеется сразу несколько ВЭР, теплоты которых можно полезно использовать. При этом возникает вопрос о последовательности использования их.
Рассмотрим пример одноступенчатой выпарной установки:
Рисунок
1 – корпус выпарной установки
2 – обычные теплообменники
В данной установке есть 3 ВЭР: греющий пар на выходе из установки, вторичный пар и крепкий раствор. Температура этих источников и их количество весьма различны. Отдельное их использование, как показала практика, большого эффекта дать не может, но комбинированная схема именно в такой последовательности, как представлена на рисунке, представляет большой интерес.
Использование теплоты крепкого раствора является затруднительным в связи с агрессивностью данного раствора.
В общем случае рациональный способ использования нескольких ВЭР определяется путём технико-экономического сравнения вариантов.
Описание к рисунку 10
Принцип действия:
В зимний период
наружный воздух подаётся вентилятором
10 под насадку 3 ступени предварительного
нагрева. В насадке он контактирует с
водой, стекающей из насадки 2. При этом
воздух нагревается и увлажняется (т.е.
почти до полного насыщения,
).
Дальнейшее его увлажнение происходит
в насадке 2, в которую вода подается
непосредственно через водораспределитель
4.
Далее, после прохождения каплеуловителя 8, воздух подогревается до требуемой температуры в калорифере 1 и, затем, подаётся непосредственно в помещение.
Нагретая охлаждающая вода, поступающая из производственных цехов, разделяется на 2 потока. Один из них поступает в водораспределитель 5 и отдает тепло холодному воздуху в насадке 3, а затем стекает в поддон, а второй же поток направляется в теплообменник 11, где подогревается обратной водой и направляется в водораспределитель 4. Вода из поддона с помощью циркуляционного насоса 12 подаётся в нагревательный контур теплообменников 11 и 15. Основная часть нагретой воды направляется в насадку 2, а часть ее – в систему для защиты от отмерзания (элементы 6 и 7) и, затем, в насадку 3.
Теплоноситель из подающей магистрали тепловой сети проходит калорифер и, затем, промежуточный теплообменник 11. Потом поступает в обратную магистраль.
За счёт того, что вода проходит сначала калорифер, а потом теплообменник, мы можем наиболее полно использовать теплоту воды. Т.е. наиболее полное использование теплоты подающей магистрали.
В теплообменниках для более полного использование теплоты производства используется сбросная вода с температурой 25-40 градусов. Она осуществляет предварительный нагрев воды, идущей на рубашки. Она греет ее до 16-18 градусов.
При положительных температурах наружного воздуха система защиты отключается и вся вода после промежуточных теплообменников 11 и 15, которые остаются в работе, подаются в водораспределитель 4.
В переходный период, когда влагосодержание наружного воздуха равно или же превышает влагосодержание приточного воздуха, подача воды в контактную камеру прекращается и нагрев воздуха осуществляется только в калорифере.
Нагрев воздуха в контактной камере в холодный период позволяет осуществлять фактически кондиционирование воздуха.
В отдельных случаях, при значительных тепловыделениях и малых влаговыделениях для нагрева приточного воздуха бывает достаточно оставить только одну контактную камеру, т.е. без калорифера. В это случае, при применении такого агрегата, экономия топлива для котельной составляет около 0,5% на каждые 10 градусов снижения температуры воды в обратном трубопроводе.
Ресурсосбережение при проектировании теплообменных аппаратов
Снижение металлоёмкости теплообменных аппаратов за счёт применения более эффективных материалов и конструкций теплообменников позволяет получить ещё один дополнительный выигрыш – это снижение расхода первичного топлива при производстве металла, транспорте и уменьшить загрязнение окружающей среды.
Снижение металлоёмкости при сохранении всех характеристик теплообменника позволяет уменьшить габариты аппарата, следовательно, уменьшить производственные площади и, соответственно, затраты.
Одним из важнейших ресурсов, которые используются в теплообменниках, является вода, причём пресная. Поэтому при повышении эффективности теплообменников мы экономим воду а следовательно экономии и электроэнергию, затрачиваемую на прокачку этой воды. Применение систем испарительного оборотного водоснабжения является одним из эффективных и экономных способов использования воды.
Одним из ресурсов экономии пресной воды является так же более рациональное использование на хозяйственно-бытовые нужды.
Использование методов интенсификации теплообмена
Площадь поверхности теплообменника для передачи заданного количества теплоты зависит от коэффициентов теплоотдачи и эти значения могут быть существенно увеличены за счёт применения теплообменных поверхностей определённой формы. В первую очередь это – оребрение поверхности (выполняют со стороны теплоносителя, имеющего меньший коэффициент теплоотдачи). Во-вторых – за счёт искусственного разрушения пристенной части турбулентного пограничного слоя. В-третьих – турбулизация потока. На практике для интенсификации теплообмена применяются специальные поверхности типа:
1) конфузор-диффузор
2) трубки с кольцевыми пережатиями
3) трубки со спиральными пережатиями
4) трубки со шнековыми завихрителями
Наиболее простые – вторые поверхности
При увеличении интенсивности теплообмена в таких поверхностях возникают дополнительные гидравлические сопротивления, а отсюда – затраты энергии. Например интенсификация теплообмена за счёт кольцевых пережатий по сравнению с гладкой трубой обеспечивают:
При значении Рейнольдса 10 в пятой степени теплоотдача возрастает в 2-2,6 раза. Но при этом коэффициент гидравлического сопротивления возрастает в 2,7-5 раз. Поэтому, при применении таких поверхностей нужно чётко определиться с режимами течения жидкости. Так, например, для трубок с пережатиями число Рейнольдса должно находиться в диапазоне от 104 до 5*105. При этом диаметр пережатий не больше 0,95-0,99 от диаметра гладкой трубы. При этом следует помнить, что при уменьшении поверхности теплообмена происходит снижение гидравлических потерь за счёт уменьшения длины трубок, т.е. это увеличение частично компенсирует.
Оребрение может быть выполнено следующим способом:
оребрение с применением биметаллических трубок;
трубки с оребрением в виде пластин;
оребрение в виде гофрированных плоскостей в пластинчатых теплообменниках;
трубки с внутренним оребрением;
трубки с продольным наружним оребрением;
трубки с продольным внутренним оребрением.
Химически связанная влага наиболее прочно связана и при сушке не удаляется.
Адсорбционная влага содержится в порах и на поверхности. Эта форма влаги удаляется в первую очередь.
Асмотическая влага находится внутри клеток материала.
Представленная на рисунке кривая сушки характерна для пористого материала, капиллярно-пористого материала (керамика, уголь, песок). На этой кривой выделяется два периода.
Вначале материал из исходного состояния «А» прогревается, его влагосодержание снижается незначительно, а скорость сушки при этом возрастает и достигает при этом своего максимального значения в точке «В». Далее наступает период постоянной скорости сушки – отрезок «ВС», в котором влагосодержание изменяется по линейному закону. При этом происходит интенсивное поверхностное испарение свободной влаги.
Первый период, его называют сушкой, заканчивается, когда влагосодержание становится равным микроскопическому и влагосодержание в точке «С» называют первым критическим влагосодержанием.
После этого наступает второй период сушки, когда скорость падает. Этот период характеризуется удалением связанной влаги. То кривая «СЕ». На этой кривой выделяется точка D, которая соответствует второму критическому влагосодержанию. Это точка перегиба. При этом наблюдается равновесное влагосодержание с сушильным агентом. В конце этого периода, в точке «Е», процесс сушки прекращается.
В период уменьшения, возрастает температура сушимого материала.
Для каждого вида материалов получены свои кривые сушки и необходимо придерживаться этих параметров для получения качественного материала. Кроме того, необходимо ориентировать и на время сушки.
Конвективные сушилки
(конвективные сушилки – непосредственное соприкосновение материала и сушильного агента. В кондуктивных – путём передачи теплоты от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку. Радиационная – передача тепла путём инфракрасного излучения. Сублимационная сушка – влага в материале находится в замороженном состоянии)
Примеры конвективных сушилок:
1) камерные и тоннельные сушилки.
Эти сушилки - аппараты периодического действия, применяются на небольших предприятиях для материалов, допускающих невысокую температуру сушки: древесина, красители.
2) ленточные и петлевые сушилки.
В ленточных сушилках принцип действия непрерывный. В них целесообразно высушивать мелкопусковые материалы: хлопок, чай, плоды.
Для повышения эффективности ленты изготавливают из металлической сетки.
Для сушки пастообразных и тонких листовых материалов (ткань и бумага) применяют петлевые сушилки.
3) барабанные и трубчатые сушилки.
Барабанные сушилки широко применяются для сушки сыпучих зернистых материалов: уголь, песок, минеральные соли с относительной влажностью до 60%.
Трубчатые сушилки получили широкое применение на электростанциях для сушки углей. При этом сушильным агентом является пар. Пар используется для обогрева барабана. Пар поступает через центральную трубу и распределяется по всему межтрубному пространству, а в трубах перемещается топливо в результате непрерывного вращения и наклона. Сам уголь поступает внутрь этих трубочек. Трубочки нагреваются. В трубки подсасывается свежий воздух.
4) сушилки с кипящим слоем.
Они широко применяются при сушке зернистых, пастообразных и жидких материалов. Процесс в кипящем слое позволяет значительно увеличить поверхность контакта, сокращая при этом время сушки. Относятся они к аппаратам непрерывного действия.
В данных типах сушилок присутствует значительный унос сушимого материала, поэтому на выходе сушильного агента рекомендуется ставить циклон и батарейный пылеуловитель.
5) пневматическая сушилка.
Используется для сушки дисперсных сыпучих материалов. В этом случае материал и сушильный газ прямотоком перемещаются по вертикальной трубе. Скорость газа в трубе выбирается в два раза больше скорости витания самых крупных частиц.
Очищенные от пыли газы отсасываются через фильтр. Расход энергии весьма значителен и существенно уменьшается при уменьшении размеров частиц материала.
6) распылительные.
Они применяются для сушки жидких материалов (растворов, суспензий). В этом случае материал распыляют с помощью специальных форсунок в камере, в которую так же подается сушильный агент. На выходе материала устанавливают циклоны и фильтры, позволяющие осуществить наиболее полный сбор сушимого материала.
Расчет барабанной конвективной сушилки
Тупо дано на отскан