 |
|
Экономайзеры и воздухоподогреватели
Экономайзер- это устройство для предварительного подогрева питательной воды до поступления ее в испарительную часть котельного агрегата за счет теплоты отходящих газов. Это контактная утилизационная установка, принцип действия которой основан на нагревании вторичного теплоносителя горячими продуктами горения путем непосредственного соприкосновения с ними при отсутствии разделительных стенок между теплоносителями.
Предварительный подогрев воды за счет теплоты дымовых газов существенно увеличивает КПД котельного агрегата.
В настоящее время применение находят в основном контактные водяные экономайзеры, которые используют в котельных, ТЭЦ и других хозяйствах, где работают паротурбинные установки на основе цикла Ренкина. В зависимости от применяемого материала экономайзеры делятся на чугунные и стальные, по типу поверхности – на ребристые и гладкотрубные, по степени подогрева воды – на не кипящие и кипящие
Воздухоподогреватели –это утилизационные установки для нагрева питательной воды или воздуха в котлах; они используют дымовые газы среднего потенциала с температурой 250...500 0С.
В отличие от водяного экономайзера воздухоподогреватель. отнимая теплоту от уходящих дымовых газов и уменьшая таким образом потери ее с этими газами, непосредственно отнятую теплоту не передает рабочему телу (воде или пару). Горячий воздух, направляемый в топку котла, улучшает условия сгорания топлива, уменьшает потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива, повышает температуру его горения, интенсифицирует теплообмен, что в итоге повышает КПД установки. В среднем понижение температуры уходящих газов на каждые 20-25 0К повышает КПД примерно на 1%.
Рекуператоры
Рекуператоры- это теплообменники непрерывного действия для высокотемпературного дутья. Теплообмен между теплоносителями осуществляется здесь непрерывно с помощью разделяющей стенки. Эти установки нагревают воздух до 1000 - 1100 0С.
Наибольшее применение в промышленности находят рекуперативные теплообменники, которые по взаимному направлению движения теплоносителей разделяют на прямоточные, противоточные, с перекрестным и смешанным током. Теплообменн6ик представляет собой аппарат, предназначенный для передачи тепловой энергии от одной среды к другой. По принципу взаимодействия теплоносителей различают системы: жидкость – жидкость, пар – жидкость, газ – жидкость, пар – пар и газ – газ. По конструктивным признакам рекуперативные теплообменники подразделяются на змеевиковые, трубчатые, "труба в трубе", кожухотрубные, спиральные, пластинчатые и специальные.
Рекуператор (от лат. recuperator - получающий обратно, возвращающий), теплообменник поверхностного типа для использования теплоты отходящих газов, в котором теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку. В отличие от регенератора трассы потоков теплоносителей в рекуператоре не меняются. Рекуператоры различают по схеме относительного движения теплоносителей - противоточные, прямоточные и др.; по конструкции - трубчатые, пластинчатые, ребристые и др.; по назначению – подогреватели воздуха, газа, жидкостей, испарители, конденсаторы и т. д.
Змеевиковые теплообменники (рисунок 9.3) чаще всего применяют в виде элементов реакционной аппаратуры, ректификационных колонн, дефлегматоров, резервуаров и подогревателей сырья. Змеевики изготавливают из труб черных и цветных металлов и располагают в сосудах. Область применения весьма широка, так как они могут работать под значительным давлением.
Наиболее простым является металлический радиационный трубчатый рекуператор (рисунок 9.4). Внутренняя труба проводит горячие отходящие газы, а в наружной трубе подогревается холодный атмосферный воздух, который затем подается в технологический процесс.
Следующим типом широко применяемых рекуператоров являются конвективные воздухотрубные рекуператоры (рисунок 9.5). Они представляют собой пучок труб, присоединенных к коллекторам. Их применение, благодаря поперечному обтеканию труб реющей средой, энергетически более выгодно, чем продольное, позволяет осуществить работу печи без принудительной тяги. Они могут изготовляться из прямых и U-образных труб рисунок 10.5, а, б).
Керамические рекуператоры рисунок 10.6 применяются при температурах отходящих газов выше 1100 ºС. Однако они имеют низкий коэффициент теплопередачи и громоздки.
Для повышения эффективности теплопередачи используются различные комбинации рекуператоров радиационного и конвективного типов, причем рекуператор конвективного типа всегда следует за высокотемпературным рекуператором радиационного типа.
Рисунок 9.3 - Змеевиковый теплообменник:1 – сосуд, 2 – стакан, 3 – змеевик из трубы
Рисунок 9.4 - Металлический радиационный рекуператор:ОГ – отходящие газы, ДГ – дымовые газы, ВХВ – ввод холодного воздуха, ГВП – горячий воздух в технологический процесс
Рисунок 9.5 - Конвективные воздухотрубные теплообменники:а – из прямых труб, б – из U-образных труб;1 – поверхности нагрева (трубы), 2 – направляющие перегородки, 3 – защитная решетка
Рисунок 9.6 - Керамический рекуператор:1 – керамические трубы, 2 – воздуховод, 3 – коллекторная камера
Рисунок 9.7 - Теплообменник "труба в трубе":1 – внутренняя труба, 2 – наружная труба, 3 – калач
Простыми по устройству являются рекуператоры типа “труба в трубе” (рисунок 9.7). В наружную трубу 2 вставлена внутренняя труба 1 меньшего диаметра. Теплообмен осуществляется через стенку внутренней трубы от жидкости (или пара, или газа), протекающей внутри этой трубы, к жидкости, омывающей наружную ее поверхность и протекающей, как правило, в противоположном направлении внутри внешней трубы 2. Такой теплообменник может быть изготовлен и в секционном исполнении. Секции можно включать последовательно (рисунок 9.6) и параллельно.
При большом количестве отходящего тепла необходимо использовать кожухотрубные рекуператоры. Они применяются для теплообмена между паром и водой, газом и жидкостью, жидкостью и жидкостью. Кожухотрубный рекуператор (рисунок 9.8) состоит из кожуха и пучка труб, закрепленных в решетках для создания двух поточных каналов. Первый канал находится в межтрубном пространстве и предназначен для нейтральных сред, а второй, полученный из проходного сечения труб, предназначен для растворов жидкостей, способных загрязнять внутренние поверхности труб
Рисунок 9.8 - Кожухотрубный рекуператор: 1 – корпус, 2 – трубные решетки, 3 – трубы, 4 – днище и крыша, 5 – перегородки
Регенераторы
Регенераторы- это установки, использующие теплоту отходящих газов для нагрева одного из двух компонентов горения или для специальной эндотермической подготовки топлива; в первом случае процесс будет называться физической, а во втором химической регенерацией.
Регенераторы - это разновидность теплообменников, принцип действия которых основан на передаче теплоты поочередным соприкосновением холодного и горячего теплоносителя с одними и теми же поверхностями аппарата.
Регенератор (от лат. regenero — вновь произвожу) в теплотехнике, теплообменник, в котором передача теплоты осуществляется путём поочерёдного соприкосновения теплоносителей с одними и теми же поверхностями аппарата. Во время соприкосновения с «горячим» теплоносителем стенки регенератора нагреваются, с «холодным» — охлаждаются, нагревая его.
Регенератор с периодическим переключением теплоносителей состоит из нескольких камер, заполненных кирпичной кладкой (насадкой), в камеры поочерёдно поступают горячие дымовые газы и нагреваемые воздух или газообразное топливо. В регенераторе с непрерывным переключением теплоносителей либо насадка поочерёдно входит в зону омывания теплоносителями, либо насадка неподвижна, а вращаются воздушные патрубки, размещенные внутри газовых коробов регенератора с периодическим переключением теплоносителей обеспечивают подогрев воздуха до 1000—1200 °С, с непрерывным — до 400 °С, однако последние значительно компактнее и дешевле.
Из регенераторов наибольшее применение имеют регенераторы с неподвижной и подвижной насадками. В регенераторах с неподвижной насадкой используют две (или больше) камеры, заполненных насадками из огнеупорных материалов, которые поглощают тепло из одной газообразной среды и передают его затем другой газообразной среде в результате чередования потоков отходящих газов и воздуха горения, проходящих через камеры (рисунок 9.9).
Рисунок 9.9 - Регенератор с неподвижной насадкой: 1 – камеры, ХВ – холодный воздух, ГВ – горячий воздух, ДГ – дымовые газы, ОГ – отходящие газы
Насадки регенераторов, выполненные из огнеупорных материалов, работают в условиях высоких температур и агрессивной среды. Такие условия характерны для коксовых печей, доменных воздухонагревателей, стекловаренных печей, мартеновских печей и нагревательных колодцев.
9.3.5 Тепловые насосы
В последнее время появилась реальная возможность принципиально по-новому решать вопросы комплексного энергоснабжения промышленных предприятий путем применения тепловых насосов, использующих низкопотенциальные выбросы (сбросы) для выработки одновременно теплоты и холода. Одновременная выработка этих энергоносителей на тепловых насосах практически всегда более эффективна, чем раздельное получение теплоты и холода на традиционных установках, так как в этом случае необратимые потери холодильного цикла используются для получения теплоты, отдаваемой потребителю.
Тепловые насосы, используют низкопотенциальные сбросы для выработки одновременно теплоты и холода. Одновременная выработка этих энергоносителей на тепловых насосах практически всегда более эффективна, чем раздельное получение теплоты и холода на традиционных установках, так как в этом случае необратимые потери холодильного цикла используются для получения теплоты, отдаваемой потребителю.
Тепловой насос– это устройство, позволяющее перенести тепловую энергию с уровня низкого потенциала на уровень среднего потенциала с затратой энергии относительно высокого потенциала.
Промышленностью выпускаются тепловые насосы двух видов:
· парокомпрессорные, использующие электроэнергию в качестве энергии высокого потенциала;
· абсорбционные, в которых относительно высокопотенциальным теплоносителем является пар, горячая вода и продукты сгорания.
В обоих типах тепловых насосов низкопотенциальная (сбросная) теплота расходуется на испарение рабочего агента. Перенос низкопотенциальной энергии на более высокий уровень происходит с затратой высокопотенциальной энергии:
· в парокомпрессорном тепловом насосе сжатие паров рабочего агента в компрессоре;
· в абсорбционном – поглощение паров рабочего агента жидким абсорбентом с повышением температуры раствора, перекачка слабого раствора в зону повышенного давления и его выпаривание (разделение) с одновременным понижением температуры раствора.
Принципиальная схема парокомпрессорного теплового насоса приведена на рисунке 9.10.
Рисунок 9.10 – Принципиальная схема парокомпрессионного теплового насоса
I – компрессор, II – конденсатор, III – дроссель, IV – испаритель; 1 – сбросный теплоноситель, 2 – нагреваемый теплоноситель, 3 – электроэнергия
Компрессор I, потребляя электроэнергию 3, обеспечивает циркуляцию рабочего агента по замкнутому контуру, включающему конденсатор II, дроссель III, испаритель IV. В испарителе рабочий агент, испаряясь, отбирает теплоту от сбросного потока 1, а в конденсаторе, конденсируясь, отдает теплоту нагреваемому потоку 2. В качестве рабочего агента в парокомпрессионных тепловых насосах используется хладон R-12