2014-02-17
1226
Способы и оборудование для утилизации сбросной теплоты
Отходящее тепло обычно характеризуется энтальпией, которую оно приобретает в процессах горения, или поглощением тепла, высвобождаемого материалами в ходе процесса. Отходящее тепло выделяется в окружающую среду и очень быстро теряет свою ценность.
По ценности отходящая энергия может классифицироваться применительно к трем диапазонам:
· высокотемпературный – выше 650 ºС;
· среднетемпературный – 230–650 ºС;
· низкотемпературный – менее 230 ºС.
Высокотемпературное и среднетемпературное отходящее тепло используется для производства технологического пара, выработки электроэнергии, сушки, подогрева воздуха, подаваемого в горелки или для ответственных технологических нужд. Низкотемпературное тепло может быть использовано для отопления зданий, подогрева воды и воздуха.
Различают шесть основных методов утилизации отходящего тепла.
1. Непосредственная утилизация, например, для сушки или подогрева материалов при отсутствии каких-либо внутренних теплообменников.
2. Рекуперация, при которой отходящие газы и воздух, подвергаемый нагреву, разделяются металлической или, при очень высоких температурах, огнеупорной теплообменными поверхностями. Передача энергии от одного потока к другому происходит непрерывно.
3. Регенерация, в ходе которой тепло, содержащееся в отходящих газах, передается теплообменному устройству, аккумулируется в нем в огнеупорных или металлических материалах и впоследствии служит для нагрева воздуха, используемого в качестве дутья. Газовый поток поочередно отдает свое тепло тем же поверхностям и переключается или при помощи перекидного клапана, или путем вращения теплоаккумулирующей насадки.
4. Утилизация с помощью котла-утилизатора, которая представляет собой одну из форм рекуперации с выработкой за счет тепла горячих отходящих газов технологического пара или горячей воды.
5. Совместное генерирование, при осуществлении которого совместно вырабатываются электрическая энергия и технологический пар.
6. Ступенчатое использование энергии, при котором вначале применяют энергию с наивысшими характеристиками, а затем все с более низкими параметрами для других связанных с этим процессов вплоть до того момента, когда эта энергия не будет иметь очень низкие параметры.
Рассмотрим упрощенный вариант использования вторичной тепловой энергии.
На рисунке 9.1 приводится упрощенная схема использования вторичной тепловой энергии.
Рисунок 9.1 - Упрощенная схема использования ВЭР
Пусть есть некий технологический процесс, в котором сырье нагревается до определенной температуры и из сырья получается изделие. Для нагрева сырья необходимо некое количество энергии Х. Поскольку КПД технологического процесса не может быть равен 100%, то в этом случае часть тепловой энергии расходуется на нагрев сырья, а часть энергии уходит в атмосферу Δ Хатм. Полное количество энергии необходимое на технологический процесс можно записать:
Для того, что бы повысить КПД технологического процесса можно использовать часть тепловой энергии выбрасываемой в атмосферу (Δ Хатм= Δ Х'атм+ Δ Хисп.), как показано на рисунке 9.1, т.е. мы направляем тепловую энергию от технологического процесса на предварительный нагрев сырья, а дальше подогретое сырье направляем на технологический процесс. В этом случае полное количество энергии можно записать в виде:
Исходя из приведенного выражения, можно понять, что часть тепловой энергии выбрасываемой в атмосферу мы уменьшили на величину Δ Хисп., соответственно на эту мы можем снизить и величину энергии Х. В приведенном примере величина Δ Хисп. будет являться вторичной тепловой энергией, а источником ВЭР будет сам технологический процесс.
