	Главная \| Случайная страница \| Контакты \| Мы поможем в написании вашей работы!

Рециркуляция дымовых газов как средство повышения тепловой эффективности

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Печи и сушила могут быть выполнены с внутренней и внешней рециркуляцией газов (рис. 17, 18). Иногда аппараты изготавливаются только с внутренней или только с внешней рециркуляцией. Внутренняя рециркуляция создается непосредственно в рабочей камере. Внешняя рециркуляция создается возвратом части уходящих газов в рабочую камеру. Рециркуляция позволяет поддерживать стабильную температуру в камере. Выравнивание температуры по зонам создает условия для уменьшения образования окислов азота, а следовательно, для защиты воздушного бассейна от вредных выбросов. Повышение температуры газовоздушной смеси улучшает сгорание топлива и соответственно увеличивает КПД агрегатов. Понижение температуры топочных газов наиболее целесообразно путем смешения их с отработавшими дымовыми газами, что особенно важно при предъявлении высоких требований к регулированию температуры в камере [6, 18].

Рис. 17. Нагревательная печь с внутренней и внешней рециркуляцией

I — нагреваемый слиток; 2 — горелка; 3 — инжекционное устройство

Иногда для снижения температуры в рабочей камере увеличивают коэффициент избытка воздуха, что явно нецелесообразно, неизбежно вызывает увеличение тепловых потерь с уходящими газами и, следовательно, возрастание расхода топлива и снижение КПД. Перерасход топлива по сравнению с расходом его при работе с рециркуляцией может достичь 30—40 %. Рециркуляция же дымовых газов в блоке печь — котлоагрегата позволяет более эффективно использовать конвективные пучки, поддерживать температуру пара на заданном уровне в достаточно широком диапазоне нагрузок, снижать температуру стенок труб пароперегревателей за счет уменьшения загрязнения поверхностей нагрева и снижения температуры дымовых газов.

Рис. 18. Схема сушильной установки с внешней рециркуляцией

1 — топка; 2 — вентилятор; 3 — сушильная камера

Расход топлива без рециркуляции

где Q — количество теплоты, оставляемое дымовыми газами в рабочей камере; у_д._в — количество добавочного воздуха, необходимого для понижения температуры дымовых газов. _yx — количество дымовых газов от нормально сожженной единицы количества топлива; —теплоемкость воздуха при температуре t_yx; — теплоемкость дымовых газов при температуре уходящих газов t_yx.

Расход топлива при обратной циркуляции

Экономия топлива при обратной циркуляции

Из этого уравнения вытекает, что экономия при циркуляции газов получается за счет уменьшения потерь с уходящими газами или, другими словами, путем снижения коэффициента избытка воздуха уходящих газов.

Кратность рециркуляции n = _o6p/ _yx≈5 ÷10,

где _o6p — количество возвращаемых газов.

Коэффициент отбора X=1/(1 +1/n).

В сушильных установках при рециркуляции увеличивается скорость воздуха относительно материала, повышается коэффициент теплообмена и сокращается продолжительность сушки материалов, что приводит к экономии тепловой энергии[6, 9].

Коэффициент теплоотдачи для сушилки с рециркуляцией

_P = _б.р(1 + n)^к,

где _6,_P_ коэффициент теплоотдачи в основном процессе; к—показатель степени числа Рейнольдса в критериальной формуле конвективного теплообмена.

Расход тепловой энергии- в цикле без рециркуляции

- потенциал теплообмена при сушке без рециркуляции , , - температура сухого и мокрого термометра в цикле без рециркуляции. Расход тепловой энергии в цикле с рециркуляцией

( — температура сухого и мокрого термометра в цикле с рециркуляцией).

Рис. 19. Построение процесса сушки в i—d-диаграмме для схемы на рис. 18.

Ф — относительная влажность; характерные Точки (параметры) процесса: А — холодного воздуха; K — топки; M1 — смешивания перед вентилятором; — на входе в сушилку; С — на выходе из сушилки

Процессы в сушилке с рециркуляцией наглядно изображаются в i — d-диаграмме (рис. 19). Наибольшей экономии топлива в сушилках можно достигнуть только при установке рекуперативных и регенеративных теплообменников.

Для сушилки без рециркуляции

где Nu — критерий Нуссельта; — коэффициент теплопроводности газа; R — характерный размер высушиваемого тела;

Nu =

(Nu_m — массообменный критерий Нуссельта; — поправочный коэффициент);

(Р_п — среднее логарифмическое давление пара в пограничном слое испарения влаги);

(а_m — коэффициент влагообмена; а_m — коэффициент диффузии).

Коэффициент теплообмена также можно определить по формуле

где V — объем высушиваемого материала, м³; r — теплота испарения, кДж/кг; — удельный вес сухого материала, кг/м³; N — массовая скорость сушки (испарения влаги), кг/(м²-ч); F — площадь тепловоспринимающей поверхности материала, м²;

( — парциальное давление водяных паров над поверхностью испарения, Па; Р_с — парциальное давление Водяных паров в окружающей среде, Па; a_m = 0,0229 + 0,0714 v; v — скорость движения газовой среды, м/с);

-барометрическое давление при данных условиях, мм рт. ст.).

Удельная энтальпия смеси

Количество газов, выбрасываемых в атмосферу,

где W— количество влаги, испаряющейся за 1 ч, кг;

(G — производительность сушилки, кг/ч; w₁, w₂ — начальная и конечная влажность материала, %). Расход тепловой энергий на 1 кг испарившейся влаги

где L_p — количество рециркулируемых газов, кг; L_ц — количество циркулирующего в камере теплоносителя, кг.

46. Экономия топлива за счет уменьшения тепловых потерь

Приход и расход тепловой энергии в печи

где — химическая теплота сгорания топлива; — физическая теплота подогретого топлива; — физическая теплота подогретого воздуха; — химическая теплота, выделенная при окислении железа (теплота угара металла); Q_M — теплота, затраченная на нагрев металла; Q_OK — тепловые потери с окалиной; — потери на нагрев перемещающихся частей печи и тары; — потери с водой, охлаледающей детали печи; — потери излучением через открытые окна и щели; — потери теплопроводностью через кладку; — потери с продуктами сгорания, выбивающимися через окна и щели в кладке; — потери с продуктами сгорания, уходящими из рабочей камеры в дымоход;' .— потери от химической неполноты сгорания топлива; — потери от. механического недожога топлива; — прочие неучтенные потери.

Ориентировочное распределение прихода и расхода тепловой энергии в печей приведено на рис. 21 и в табл. 8, 9.

Рис. 21. Баланс энергии (а) и эксергии (б) нагревательной печи

1 — камера; 2 — газоход; 3 — шибер; 4 — рекуператор; А — угар футеровки (1,8%); Б — тепловые потери в окружающую среду (37,7%); В — угар металла (0,3%); Г —химическая энтальпия окисленной стали (3,1%); Д — физическая энтальпия стали (30,4%); Е — физическая энтальпия нагретой стали (42,9%); Ж — физическая энтальпия топлива (0,5 %); 3 — химическая энтальпия топлива (99,5%); Я —подогретый воздух (9,8%); К — продукты сгорания за рекуператором (9,6%); Л — холодный воздух (0%); М — воздух после рекуператора; И — присос воздуха; О — продукты сгорания, уходящие по обводному каналу (30,4%); П —тепловые потери с продуктами сгорания (96%); Р — продукты сгорания после камеры (58,8%); А'— угар (1,5%); Б'— потери эксергии в камере печи; — необратимая теплопередача (2,0%); тепловые потери в атмосферу (30,5%); — потери в окружающую среду (21,8%); В'— угар металла (0,2%); — химическая эксергия окисленной стали (2,9%); Д' — физическая эксергия стали (17,6%); Е'— топливо (100%); Ж' — подогретый воздух (2,9%); 3' — продукты сгорания за рекуператором (5,4%);

— потери эксергии в рекуператоре (2,4%); К' — воздух в горелке (0,6%); Л'— потери эксергии с холодным воздухом (1,4%); М'— холодный воздух (12,0%);Н' — тепловые потерн с выбиванием (1,6%); О'— тепловые потери с уходящими продуктами сгорания (19,3%); П' —- потери эксергии с продуктами сгорания (7,5%); Р' — продукты сгорания после камеры (28,8%); С' — физическая эксергия нагретой стали (27,4 %)

Экономия топлива может быть достигнута при уменьшении всех перечисленных тепловых потерь, для чего необходимо разработать и внедрить целый ряд мероприятий [4, 16, 27, 29].

Потери Q_ок могут быть уменьшены за счет применения в печах рециркуляции и подогрева воздуха, что, в свою очередь, позволяет увеличить перепад температур между продуктами сгорания и нагреваемым материалом и снизить угар в результате окисления. Окисление металла может быть снижено на 1,3% от расчетного. Угар в камерных кузнечных печах достигает 3 %, что влечет за собой значительный перерасход топлива и снижение качества нагреваемых деталей.

Снижение потерь Q_пер достигается своевременным повторным возвратом транспортных средств в печь, что в дальнейшем требует значительно меньших затрат тепловой энергии на их повторный. нагрев. Футеровка поверхностей вагонеток, тележек позволяет аккумулировать затраченную тепловую энергию и уменьшить тепловые потери в окружающую среду при повторном возврате транспортных средств в печь. При больших промежутках между загрузкой и выгрузкой желательно транспортные средства, выходящие из печи, размещать под специальным навесом, оборудованным вентиляционными системами с рекуперацией, избыточной теплоты. Избыточная теплота в этом случае может использоваться. Для подогрева приточного воздуха и для других целей. Подогрев осуществляется в рекуперативных или регенеративных теплообменниках.

Уменьшение потерь Qoxл обеспечивается путем установки в схеме циркуляции горячей воды рекуперативных воздухоподогревателей (калориферов) или водо-водяных теплообменников. Горячая вода также может использоваться в моечных и других устройствах без установки

Рис. 22. Схема установки калорифера 1 — калорифер; 2 — основной воздухоподогреватель

теплообменников. Калориферы устанавливаются как первая ступень подогрева воздуха, поступающего для подогрева в основной воздухоподогреватель, установленный в тракте уходящих газов (рис. 22). При наличии испарительного охлаждения (в печах) в калориферы и другие теплообменники подается насыщенный пар. Переохлажденный конденсат подается обратно, в испаритель.

Уменьшение потерь Q_ИЗЛ достигается за счет рационального открывания устройств загрузки и выгрузки печи, а также путем установки экранов. В виде пленки стекающей воды. Водяные экраны также служат защитными устройствами от теплового облучения обслуживающего персонала. Открывание загрузочных окон— таким образом, чтобы обеспечить выход только транспортных средств. Экраны могут быть также металлические в виде раздвижных ширм и крышек. Выбор экранов в каждом случае сугубо индивидуальный.

Потери Qкл уменьшаются за счет следующих мероприятий: применения для наружного слоя теплоизоляционных материалов с низкой теплопроводностью; экранирования наружной футеровки гофрированным алюминиевым листом; увеличения толщины теплоизоляции; использования тепловыделения от футеровки путем забора теплого воздуха в печь.

Потери Qвыб снижают путем обеспечения разрежения в печи 10—20 Па; ликвидации всех неплотностей; своевременного закрывания смотровых окон; герметизиции гарнитуры.

Потери Qyx являются основными, и их снижают путем установки воздухоподогревателей в тракте дымовых газов (см. гл. 1).

Снижение тепловых потерь Q_X._H осуществляется путем обеспечения полноты сгорания топлива высокоэффективным его распылением (мазут) и смешиванием с воздухом (газ, мазут); автоматизации процесса горения; контроля полноты сгорания с помощью газоанализаторов; применения высокоэффективных горелочных устройств.

Прочие потери Q_H._n уменьшают путем проведения расчета составных статей теплового баланса с высокой точностью.

Пример 22. Определить тепловые потери в рециркуляционной печи.

Приходные статьи теплового баланса рециркуляционной печи:

химическая теплота топлива В кДж:

физическая теплота воздуха при t_B = 20°C кДж,

теплоемкость кладки С = 0,867 + 0,00042 = 0,867 + 0,00042*518 = 1,085 кДж/(кг*К);

плотность шамотной кладки = 1860 кг/м³.

Теплота, аккумулированная кладкой за первый период,

где = 1015 С, = 750 С—температура внутренней поверхности кладки в конце и в начале первого периода нагрева (принята равной температуре печи).

Теплота, теряемая теплопроводностью через кладку печи за первый период,

где ⁼ (1015 + 750)/2 = 882°С—средняя температура внутренней поверхности кладки за первый период нагрева; t_в = 20°С — температура окружающей среды.

Потери теплоты с уходящими газами В кДж,

где V_yx = 13,35 м³ — объем дымовых газов при сжигании единицы топлива с а = 1,3; i_yx — 1350 кДж/м³ — удельная энтальпия уходящих газов при средней температуре печи за первый период =882°С.

Потери теплоты излучением при посадке изделия в печь

где Ф = 0,85 — коэффициент диафрагмирования; = 600 с — время загрузки; F₀k = 6,75 м² — площадь рабочего окна.

Требуется определить общие потери и расход топлива. Общие- потери теплоты за первый период

3880 * 10³ + 2520 * 10³ + 230 000 * 10³B + 820 * 10³ =

= 7220*10³ + 230 000 * 10³B.

Приравнивая приходимые и расходные статьи теплового баланса, получим

462 260 * 10³В = 22 500 * 10³ + 7220 * 10³ + 22 500 * 10³ + 7220 * 10³ + 230 000 * 10³ В,

откуда фактический расход топлива на рециркуляционную печь В = 0,127 м³/с = 460 м³/ч.

Пример 23 (для условий примера 22). Определить кратность рециркуляции печи при условии, что перепад температуры в газовом объеме рабочего пространства в конечный период нагрева не должен превышать ± 10 °С, т. е. = 20 °С.

Расчетный расход топлива

В_р = =178м³/ч,

где — плотность теплового потока на поверхности изделии в конце второго периода нагрева, Вт/м²; a=70*10³ Вт/м² — тепловая мощность, отнесенная к единице площади пода печи; S_n = 25,2 м² — площадь пода печи.

Общая кратность рециркуляции печи может быть определена из уравнения

где V_T — объем продуктов горения, при теоретическом расходе воз-, духа ( = 1); = = 11000 Вт/м²( — средняя плотность теплового потока на поверхности изделий во втором периоде нагрева); = 114 м² — поверхность кладки; F_с = 50,2 м² — поверхность нагрева садки; С_ух— 1,38 кДж/ (м³ * К)—теплоемкость продуктов горения;

Первичная кратность рециркуляции

где = 75 °С — допустимый перепад температур на входе в печь; — теоретическая температура горения; — пирометрический коэффициент печи.

Вторичная кратность рециркуляции устанавливается в соответствии с конструктивными размерами поперечного сечения печи и садки:

3 4 5 6

где — диаметр инжекционного устройства, м; С — коэффициент пропорциональности; С = 0,66.

По полученным результатам расчетов можно- установить, что = 8,7*1,6 = 14; это больше М = 12,2. Следовательно, значения первичной и вторичной кратности рециркуляции определяют возможность поддержания в рабочем пространстве потребной кратности рециркуляции и обеспечивают условия нагрева, при которых перепад температур в газовом объеме не будет превышать допустимого значения.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Дата публикования: 2015-02-03; Прочитано: 1671 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!

studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.016 с)...