Принцип роботи установки

Природний газ з магістралі високого тиску через регулятор 10 і вхідний патрубок 7 подають в перший модуль 13, направляють через сопловий апарат 17 в робоче колесо турбіни 18 турбіни 4, де газ розширюється, його тиск і температура знижуються. Далі газ обтікає корпус електрогенератора 5 і охолоджує його. При цьому турбіною 4 виробляється механічна енергія, що перетворюється в електрогенераторі 5 в електроенергію, яка потім через прохідні ізолятори передається в електричну мережу. Далі:

- якщо необхідна робота тільки одного модуля 13, то газ через вихідний патрубок 8 і відкритий кран 11 цього модуля (при закритому крані 11 другого модуля) подають в магістраль низького тиску;

- в іншому випадку газ направляють в другий модуль 13 (при закритому крані 11 першого модуля), звідки через вихідний патрубок 8 і кран 11 другого модуля 13 газ подають в агрегат нагріву 12, де ПГ підігрівають для забезпечення величини температури газу заданого рівня і потім надходить в магістраль низького тиску. Можлива подача електроенергії від електрогенератора 5 з зовнішню електричну мережу через прохідні ізолятори 6 і перетворювач частоти 14. В агрегаті нагріву 12 газ, що виходить з крана 11, і стиснене повітря з повітряного компресора 15 надходять в пристрій часткового згорання і внутрішнього підігріву газу 16, де невелика частина газу згорає, а тепло, що при цьому виділяється, підігріває всю масу газу і газ, що виходить з агрегату нагріву 12, має необхідну температуру.

Лекция 7

Схемы утилизации вторичных тепловых ресурсов

Использование физической теплоты отходящих газов осуществляется по трем схемам: технологической (замкнутой и разомкнутой), энергетической и комбинированной.

Технологическая схема предусматривает использование этой теплоты для технологических процессов, как правило, в той же теплотехнологической установке. По такой схеме нагревают воздух, а также в некоторых случаях и газообразные топлива, предварительно подогревают обрабатываемый в печи материал или производят химико-термическую переработку некоторых шихтовых материалов, используемых в данном процессе. При отоплении печей природным газом к технологической схеме относится также термохимическая регенерация теплоты отходящих газов, используемая для конверсии метана. Описанные схемы являются замкнутыми, они обеспечивают экономию топлива в самом технологическом агрегате (рис.1). Теплоту отходящих газов можно использовать и в другой печной установке с меньшим температурным уровнем процесса. Такая схема является разомкнутой (рис.2). В этом случае экономится топливо в установке, использующей теплоту отходящих газов. Возможно также последовательное использование теплоты в основном и в низкотемпературных агрегатах.

Рис.1. Замкнутые технологические схемы использования теплоты отходящих газов: а - для подогрева воздуха; б - для предварительного нагрева материала; 1 - печь; 2 - отвод газов из печи; 3 - рекуператор; 4 - подвод воздуха в рекуператор; 5 - отвод дыма: 6 - подвод воздуха в печь; 7 - подвод топлива в печь; 8 - выдача материала; 9 - подача подогретого материала в печь; 10 - подача холодного материала.

Применение замкнутой технологической схемы повышает эффективность использования топлива в технологическом агрегате, т.е. снижает выход ВЭР.

Рис.2. Разомкнутая технологическая схема использования теплоты отходящих газов: 1 - печь; 2 - подвод топлива; 3 - подвод воздуха; 4 - подача материала; 5 - отвод газов из печи: 6 - технологическая установка второй ступени; 7 - отвод газов установки второй ступени; 8 - выдача материала.

Энергетическая схема предусматривает использование теплоты отходящих газов в энергетических установках для производства каких-либо энергоносителей (теплоты, электроэнергии, холода и др.). Возможно последовательное размещение нескольких теплоиспользующих установок, например, котлов-утилизаторов и экономайзеров для подогрева сетевой воды. Таким образом, энергетическая схема является разомкнутой и позволяет сэкономить топливо, расходуемое на производство соответствующих видов и количеств энергоносителей за счет использования ВЭР технологического агрегата (рис.3).

Рис.3. Энергетические схемы использования теплоты отходящих газов: а - для получения пара; б - для получения пара и горячей воды; 1 - печь; 2 - подвод воздуха; 3 - подвод топлива; 4 - отвод газов из печи; 5 – КУ; 6 - отвод пара из КУ; 7 - отвод дыма из КУ; 8 - подвод питательной воды в КУ; 9 - подогреватель сетевой воды; 10 - подвод воды в подогреватель; 11 - отвод горячей воды.

Комбинированная схема сочетает технологическую и энергетическую схемы и обеспечивает как уменьшение выхода ВЭР, так и более эффективное их использование (рис.4).

Рис.4. Комбинированная схема использования теплоты отходящих газов: 1 - печь; 2 - отвод газов из печи; 3 - рекуператор; 4 - подвод воздуха в рекуператор; 5 - отвод дыма из рекуператора; 6 - отвод пара из КУ; 7 - КУ; 8 - подвод питательной воды в КУ; S - подвод воздуха в печь; 10 - подвод топлива в печь.

Каждая из схем имеет достоинства и недостатки. Основным критерием для их сравнения является достигаемая экономия топлива. Однако этот критерий еще не дает основания для окончательной оценки схем. Здесь необходим технико-экономический расчет, учитывающий капитальные и эксплуатационные затраты, устойчивость потребления энергоносителей, полученных за счет теплоты отходящих газов, и др.

Использование отработанного пара

Источники водяного пара

На заводах металлургической, машиностроительной, химической, нефтеперерабатывающей, легкой и пищевой и других промышленностей широко применяются паровые двигатели. К ним можно отнести кузнечные молоты, прессы, штамповочные машины, насосы и других механизмы, работающие на выхлоп с противодавлением от 0,12 до 0,3 МПа. Схематически выход отработанного пара приводных механизмов представлено на рис.

Рис. Схема выхода отработанного пара: 1 – острый пар; 2 – паровой двигатель; 3 – механический привод механизма; 4 – отработанный пар.

Отходы тепла с отработавшим паром весьма велики. Энергетический к.п.д. паровых машин, приводящих в движение молоты, прессы, очень низок и составляет всего несколько процентов, а потеря теплоты с отработавшим паром достигает 80 % его начальной энтальпии.

В ряде отраслей промышленности производственные процессы, связанные с выпаркой технологического продукта, дают вторичный пар с давлением, близким к атмосферному. Схема выхода вторичного пара приведена на рис.

Рис. Схема выхода вторичного пара: 1 – острый пар; 2 – вторичный пар; 3 – конденсат; 4 – выпарная установка

Наконец, пар может быть получен при утилизации теплоты горячей воды. Это так называемый пар вторичного вскипания промышленного конденсата и пар в установках с испарительным охлаждением производственных агрегатов (рис.).

Рис. Схема выхода пара вторичного вскипания: 1 – конденсат; 2 – пар вторичного вскипания; 3 – конденсатосборный бак.

А)	Б)
Рис. Схема выхода водяного пара в системах испарительного охлаждения: а) испарительное водяное охлаждение; б) испарительное охлаждение с промежуточным теплоносителем: 1 – кипящая вода; 2 – вторичный пар; 3 – промежуточный теплоноситель; 4 – испаритель; 5 – циркуляционный насос; 6 – охлаждаемая деталь; 7 – подпиточный насос.

Использование отработавшего производственного пара возможно в следующих направлениях:

- теплоснабжение потребителей;

- выработка электроэнергии;

- комбинированное использование пара полностью для теплоснабжения и частично на выработку электроэнергии.

Схема установки для использования отработавшего пара кузнечным молотом показана на рис. 8-1. В ней имеются все элементы, позволяющие использовать пар молотов как для теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии.

Рис. 8-1. Схема установки для использования отработавшего пара: 1— паровой котел; 2— паровой молот; 3 — набивкоуловитель; 4 — маслоотделитель; 5 — паровой ак­кумулятор; 6 — пароводяной подо­греватель; 7 — потребители горячей воды; 8— потребители пара; 9 — конденсатоотводчик; 10— насос; 11— кондсисатосбориый бак; 12— устройство для очистки конденсата; 13 — деаэратор; 14 — турбина низкого давления (мятого пара).

Отработавший в паровых молотах, пар содержит хлопья сальниковой набивки и капли масла, поэтому при дальнейшем использовании его подвергают очистке в набивко- и масло- уловителях. В паровых системах теплоснабжения пар подается непосредственно к потребителям. Однако в крупных и протя­женных системах теплоснабжения транспортировка пара связана с большими затратами на сооружение коммуникаций. В этом случае, как правило, экономически целесообразнее применять водяную систему теплоснабжения. Теплоподготовительную установку размещают в непосредственной близости от места выхода отработавшего пара, а потребители получают теплоту с горячей водой, транспортируемой сетевым насосом.

Как отмечалось выше, графики выхода отработавшего пара и расхода теплоты потребителями не совпадают. Для выравнивания графика поступления пара к потребителям (теплоприемники, турбины низкого давления) и устранения перебоев в их снабжении в схеме целесообразно устанавливать паровые аккумуляторы переменного давления.