Тепловые воздействия: источники, действие и защита

Источники. Современное промышленное производство связано с интенсификацией технологических процессов и внедрением агрегатов большой тепловой мощности. Рост мощностей агрегатов и расширение производства приводят к значительному увеличению избыточных тепловыделений в горячих цехах.

В производственных условиях обслуживающий персонал, находясь вблизи расплавленного или нагретого металла, пламени, горячих поверхностей и т.п., подвергается воздействию тепловых излучений этих источников. Нагретые тела (до 500 ^оС) являются в основном источниками инфракрасного излучения. С повышением температуры в спектре излучения появляются видимые лучи. Инфракрасное излучение (ИК-излучение) – часть электромагнитного спектра с длиной волны λ = 0,78 – 1000 мкм, энергия которого при поглощении в веществе вызывает тепловой эффект.

Действие на человека. Под действием высоких температур и теплового облучения работающих происходят резкое нарушение теплового баланса в организме, биохимические сдвиги, появляются нарушения сердечнососудистой и нервной систем, усиливается потоотделение, происходит потеря нужных организму солей, нарушение зрения.

Все эти изменения могут проявиться в виде заболеваний:

- судорожная болезнь, вызванная нарушением водно-солевого баланса, характеризуется появлением резких судорог, преимущественно в конечностях;

- перегревание (тепловая гипертермия) возникает при накоплении избыточного тепла в организме; основным признаком является резкое повышение температуры тела;

- тепловой удар возникает в особо неблагоприятных условиях:

выполнение тяжелой физической работы при высокой температуре воздуха в сочетании с высокой влажностью. Тепловые удары возникают в результате проникновения коротковолнового инфракрасного излучения (до 1,5 мкм) через покровы черепа в мягкие ткани головного мозга;

- катаракта (помутнение кристалликов) – профессиональное заболевание глаз, возникающее при длительном воздействии инфракрасных лучей с λ = 0,78-1,8 мкм. К острым нарушениям органов зрения относятся также ожог, конъюнктивиты, помутнение и ожог роговицы, ожог тканей передней камеры глаза.

Кроме того, ИК-излучение воздействует на обменные процессы в миокарде, водно-электролитный баланс в организме, на состояние верхних дыхательных путей (развитие хронического ларингоринита, синуситов), не исключается мутагенный эффект теплового излучения.

Поток тепловой энергии, кроме непосредственного воздействия на работающих, нагревает пол, стены, перекрытия, оборудование, в результате чего температура воздуха внутри помещения повышается, что также ухудшает условия работы.

Нормирование теплового излучения и способы защиты от него

Нормирование параметров микроклимата воздуха рабочей зоны производственных помещений предприятий народного хозяйства осуществляется согласно ГОСТ ССБТ 12.1.005-88.

В целях профилактики неблагоприятного воздействия микроклимата должны быть использованы защитные мероприятия (например, системы местного кондиционирования воздуха; воздушное душирование; компенсация неблагоприятного воздействия одного параметра микроклимата изменением другого; спецодежда и другие средства индивидуальной защиты по ГОСТ ССБТ 12.4.045-87; помещения для отдыха и обогрева; регламентация времени работы: перерывы в работе, сокращение рабочего дня, увеличение продолжительности отпуска, уменьшение стажа работы и др.).

Одним из эффективных коллективных средств защиты от теплового излучения работающих является создание определенного термического сопротивления на пути теплового потока в виде экранов различных конструкций – прозрачных, полупрозрачных и непрозрачных. По принципу действия экраны подразделяются на теплопоглотительные, теплоотводящие и теплоотражательные.

Теплопоглотительные экраны – изделия с высоким теплосопротивлением, например огнеупорный кирпич.

Теплоотводящие экраны – сварные или литые колонны, в которых циркулирует в большинстве случаев вода. Такие экраны обеспечивают температуру на наружной поверхности 30 – 35о С. Более эффективно использовать теплоотводящие экраны с испарительным охлаждением, они сокращают расход воды в десятки раз.

К теплоотражающим относят экраны, изготовленные из материалов, хорошо отражающих тепловое излучение. Это листовой алюминий, белая жесть, полированный титан и т.п. Такие экраны отражают до 95 % длинноволнового излучения. Непрерывное смачивание экранов такого типа водой позволяет задерживать излучение почти полностью.

Если же необходимо обеспечить возможность наблюдения за ходом технологического процесса при наличии теплового облучения, то в этом случае широко применяют цепные завесы, представляющие собой наборы металлических цепей, подвешенных перед источником излучения (эффективность до 60-70 %), и прозрачные водяные завесы в виде сплошной тонкой водяной пленки. Слой воды толщиной 1 мм полностью поглощает часть спектра с λ = 3 мкм, а толщиной в 10 мм – с длиной волны λ = 1,5 мм.

Билет 27

Энергосбережение в котельных. Основные энергосберегающие мероприятия для промышленных котельных установок в целях уменьшения потерь теплоты с уходящими газами. Преимущества перевода паровых котлов в водогрейный режим. Определение КПЛ парового и водогрейного котлов.

Среди факторов, увеличивающих расход топлива в котельных, можно выделить: физический и моральный износ котельных установок; отсутствие или плохую работу системы автоматики; несовершенство газогорелочных устройств; несвоевременную наладку теплового режима котла; образование отложений на поверхностях нагрева; плохую теплоизоляцию; неоптимальную тепловую схему; отсутствие экономайзеров-подогревателей; неплотности газоходов.

В зависимости от типа котельной установки расход условного топлива на 1 Гкал отпущенной тепловой энергии составляет 0,159—0,180 т у.т., что соответствует КПД котла (брутто), равному 80—87 %. При работе котельных установок средней и малой мощности на газе КПД (брутто) может быть увеличен до 85—92 % [3].

Номинальный КПД (брутто) водогрейных котельных установок мощностью менее 10 Гкал/ч, используемых в том числе и в муниципальном секторе теплоэнергетики, при работе на газе составляет 89,8—94,0%, при работе на мазуте — 86,7—91,1 %.

Основные направления энергосбережения в котлах становятся очевидными при рассмотрении их тепловых балансов.

Анализ тепловых балансов существующих паровых и водогрейных кот­лов показывает, что наибольшие потери теплоты (10—25 %) происходят с уходящими дымовыми газами:

Снижению потерь с уходящими газами способствуют:

· поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха в топке котла ат (рис. 6.10) и снижение присосов воздуха по его тракту.

· поддержание чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, что позволяет увеличить коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде; увеличение площадей хвостовых поверхностей нагрева; поддержание в барабане парового котла номинального давления, обеспе-чивающего расчетную степень охлаждения газов в хвостовых поверхностях нагрева;

· поддержание расчетной температуры питательной воды, определяющей температуру уходящих после экономайзера дымовых газов;

· перевод котлов с твердого или жидкого топлива на природный газ и др.

Очевидно, что изменение температуры уходящих газов на 20 °С в рассматриваемых условиях приводит к изменению КПД котла на 1 % (рис. 6.11).

Особенности глубокой утилизации теплоты дымовых газов (с конденсацией содержащихся в них водяных паров) рассмотрены ниже (см. гл. 8), Ниже также представлены некоторые из энергосберегающих мероприятий, приводящих к снижению затрат энергии в источниках теплоты, связанные со схемными изменениями и режимами эксплуатации.

В ряде случаев является целесообразным перевод паровых котлов в водогрейный режим, что позволяет существенно повысить фактические КПД паровых котлов типов ДКВр, ДЕ и др. [4, 5].

Работа паровых котлов на низких (около 0,1—0,3 МПа) давлениях отрицательно сказывается на устойчивости циркуляции, из-за снижения температуры насыщения и увеличения доли парообразования в экранных трубах наблюдается интенсивное образование накипи и увеличивается вероятность пережога труб. Кроме того, если в котельной установке используется чугунный водяной экономайзер [6], то при работе котла на давлении 0,1 — 0,3 МПа из-за низкой температуры насыщения его необходимо отключать, так как в нем может наблюдаться недопустимое парообразование. Эти и другие особенности приводят к тому, что КПД этих паровых котлов не превышает 82 %, а в некоторых случаях, когда трубы сильно загрязнены, КПД котла уменьшается до 70—75 %.

Переведенные на водогрейный режим паровые котлы в эксплуатации не уступают специализированным водогрейным котлам, а по ряду показателей и возможностям превосходят их, например в отношении:

· доступности для внутреннего осмотра, контроля, ремонта, улавливания шлама и очистки, благодаря наличию барабанов;

· возможности более гибкого регулирования теплопроизводительности в допустимых пределах (качественного по температуре сетевой воды и количественного по ее расходу);

· повышения КПД при переводе на водогрейный режим на 1,5 —12,0 %.

Перевод на водогрейный режим требует внесения изменений в конструкцию котла.

Перевод котлов с твердого или жидкого топлива на природный газ приводит к снижению избытка воздуха в топке и уменьшению наружного загрязнения теплопередающих поверхностей. Снижаются затраты энергии на подготовку топлива. При переводе на газ котлов, работающих на мазуте, отпадает необходимость в затратах теплоты на распыление последнего с помощью паровых форсунок. При замене твердого топлива на газ удается избежать потерь с механическим недожогом и с теплотой шлаков.

Данное мероприятие применяется, если это целесообразно по экономическим и экологическим показателям.

При эксплуатации энергосбережению способствует рациональное распределение нагрузки между несколькими одновременно работающими котлами.

В состав котельной установки, как правило, входят несколько котлов, которые могут различаться по своим характеристикам, сроку службы и физическому состоянию.

С падением нагрузки ниже номинальной уменьшается температура уходящих газов, а значит, снижаются потери теплоты с уходящими газами. При малых нагрузках уменьшаются скорости истечения газа и воздуха, ухудшается их смешение и могут возникнуть потери с химической неполнотой сгорания. Абсолютные потери теплоты через обмуровку остаются практически неизменными, а относительные (отнесенные на единицу расхода топлива), естественно, возрастают. Это приводит к тому, что существуют режимы, которым соответствует максимальное значение КПД.

Поскольку зависимости КПД котлов, расходов условного топлива от производительности индивидуальны для различных типов, конструкций котлов, сроков их эксплуатации, то рациональным распределением нагрузки между двумя и более котлами можно влиять на суммарные энергозатраты котельной [1].

Для водогрейной котельной в качестве нагрузки принимают часовую теплопроизводительность Q, а для паровой — часовую выработку пара D.