Розрахунок печі та процесів горіння
1. Методи використання теплових вторинних ресурсів
1.1 Використання теплових ВЕР можливе за трьома напрямками
Мал. 1.1 - Схема нагрівальної печі з регенерацією теплоти газів, що йдуть [1]:
1 - пальник; 2 - робочий об'єм печі; 3 - деталі, що нагріваються;
Мал. 1.2 - Схема установки для осушення компресорного повітря [1]:
1 - теплообмінник; 2 - конденсатор або виморожувач;
3 - холодильна машина
1.2 Установки для зовнішнього тепловикористання
Теплові ВЕР газових потоків з високою (400 °С) і середньою (100-400 °С) температурою зазвичай використовують для виробництва пари і гарячої води за допомогою парових або водогрійних котлів-утилізаторів. Котли-утилізатори дуже широко застосовують у промисловості. Широко поширені нині системи випарного охолодження елементів високотемпературних печей. У печах багато елементів доводиться робити з металу — насамперед це несучі та підтримуючі балки, на них лягає велике навантаження, яке не витримають вогнетривкі матеріали. Практично неможливо робити з вогнетривів і рухомі елементи, особливо ті, які повинні герметично закриватися, наприклад завалочні вікна, шибери, що перекривають прохідний переріз газоходів і т.п. печі набагато вищі. Тому металеві елементи печей роблять порожнистими і всередині них циркулює вода, що охолоджує. Для виключення утворення накипу та забруднень усередині охолоджуваних елементів вода має бути спеціально підготовленою. Крім того, цю воду потрібно охолоджувати чи скидати. І в тому, і в іншому випадку відбувається забруднення довкілля.
Всі ці недоліки виключаються, якщо в елементи, що охолоджуються, печі подають воду з контуру циркуляції парового котла-утилізатора (рис. 1.3).
Охолоджувані елементи печі тут виконують роль випарної поверхні, в якій теплота вже не скидається в навколишнє середовище, а йде на вироблення пари. Живлення котлів здійснюється хімічно очищеною водою, тому накипу і забруднень всередині елементів, що охолоджуються, не утворюється, і термін їх служби в 1,5-3 рази більше, ніж при охолодженні необробленою проточною водою.
Мал. 1.3 - Спрощена схема утилізатора котла з системою випарного охолодження [1]:
Система випарного охолодження може працювати і як самостійний паровий котел, але його потужність буде занадто малою. При комплексному підході до утилізації теплоти від газів і елементів конструкції печі, що охолоджуються, значно скорочуються витрати на допоміжне обладнання, комунікації, обслуговування тощо.
Іноді вдається використати теплоту розпечених твердих продуктів. На багатьох металургійних комбінатах зараз працюють установки охолодження (технологи кажуть «сухого гасіння») коксу (УСТК), в яких охолоджується кокс, що вивантажується з коксових батарей, з температурою понад 1000 °С.
Особлива складність цієї установки полягає в тому, що кокс є горючим матеріалом. Тому для його охолодження використовують інертний азот, а всю установку герметизують, по можливості запобігаючи витоку азоту.
Розпечений кокс у спеціальних вагонах швидко (оскільки на повітрі він горить) транспортується від коксової батареї і завантажується в герметичну фор-камеру 1 (рис. 1.4), потім надходить у камеру гасіння 2, в якій він знизу продувається вгору інертним газом. За рахунок поступового вивантаження знизу кокс щільним шаром рухається зверху донизупротитечією до охолоджуючого газу. В результаті кокс охолоджується з 1000-1050 ° С до 200-250 ° С, а газ нагрівається з 180-200 ° С до 750-800 ° С. Через спеціальний отвір 3 і пилоосаджувальну камеру 4 гази потрапляють у котел-утилізатор 5. У ньому за рахунок охолодження 1 т коксу отримують приблизно 0,5 т пари досить високих параметрів р = 3,9-4,0 МПа і t = 440-450 °З. Після утилізатора котла охолоджений газ ще раз очищають від пилу в циклоні 6 і вентилятором 1 знову направляють в камеру гасіння під спеціальний розсікач для рівномірного розподілу по перерізу камери.
Сухий спосіб охолодження в порівнянні з традиційним, коли розпечений кокс, що горить, дійсно «гасять», поливаючи водою, дозволяє не тільки отримати додаткову енергію (утилізувати ВЕР), але і підвищує якість коксу, зменшує його втрати за рахунок вигоряння в процесі гасіння, виключає витрату води , а головне - дозволяє уникнути забруднення атмосфери пором та коксовим пилом.
Аналогічні схеми утилізації теплоти інших твердих речовин можна використовувати лише за досить великої продуктивності, інакше це буде економічно невигідно з причин, зазначених вище. Продуктивність УСТК по коксу становить 50-56 т/год.
Мал. 1.4 - Схема установки сухого гасіння коксу [1]
1.3 Використання низькопотенційних вторинних енергоресурсів
Найбільш складно знайти застосування низькопотенційним тепловим ВЕР (