Главная Обратная связь

Дисциплины:






Уменьшение потерь тепла из рабочего пространства печи



Уменьшение потерь тепла на водоохлаждаемые элементы. Эта статья потерь тепла является наиболее существенной, особенно в высокотемпературных печах с двухсторонним обогревом, где заготовки лежат на водоохлаждаемых подовых трубах (балках). Здесь потери тепла определяются качеством изоляции подовых труб и балок. Изоляция должна иметь низкую теплопроводность, стойкость к ударам и вибрации, не реагировать с осыпающейся окалиной. Хорошая изоляция не только значительно сокращает потери тепла с охлаждающей водой, но и уменьшаетохлаждающее действие труб на нагреваемые заготовки, т.е. повышает равномерность нагрева заготовок. В настоящее время наилучшие результаты показывает двухслойная изоляция с наружным слоем из жароупорного бетона и внутренним — из керамического материала. Стойкость такой изоляции составляет 2-3 года, тепловые потери через охлаждаемые трубы сокращаются в 10-12 раз. Возможно применение изоляционно-рейтерных блоков, предлагаемых НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН. Прорабатываются вопросы замены водоохлаждаемых элементов изделиями из высокожаропрочных сплавов (кобальтовые, высокохромистые и др.), металлокерамики и модифицированных огнеупоров, например, карбидкремниевых.

В термических печах целесообразно использовать высокотемпературные смазки, которые позволяют отказаться от водяного охлаждения цапф роликов. Применение современных огнеупорных материалов. Применение современных огнеупорных и теплоизоляционных материалов позволяет значительно уменьшить потери тепла через кладку, улучшить плотность печи, увеличить стойкость футеровки и межремонтные периоды работы печи.

В настоящее время для футеровки методических нагревательных печей широко применяются жароупорные бетоны, пластичные и набивные массы, волокнистые и легковесные огнеупоры отечественных и зарубежных фирм. Большой эффект для методических нагревательных печей дает выполнение подвесного свода из жароупорного бетона. Подвесной свод из штучных фасонных огнеупоров очень неплотен, что вызывает большие потери тепла и фильтрацию продуктов сгорания. Бетонный свод выполняется из нескольких слоев и крепится на керамических анкерах. Внутренний слой, обращенный в рабочее пространство печи, выполняется из жароупорного бетона с содержанием А1203 не менее 50 %. Бетонный свод обладает высокой плотностью, хорошими изолирующими свойствами, его стойкость превышает стойкость подвесного свода из фасонных огнеупоров в 5-10 раз. Очень важно качество огнеупоров, применяемых для выполнения подины печей. Они должны иметь высокую огнеупорность и термостойкость, достаточную прочность при ударном и истирающем воздействии заготовок, не должны реагировать с осыпающейся окалиной. Для футеровки подины толкательных печей целесообразно использовать в верхнем рабочем слое жароупорные бетоны с содержанием А12Оэ не менее 80 %.



Для балок в печах с шагающим подом применяют многослойную футеровку с верхним рабочим слоем, выполненным из жароупорного бетона с содержанием А120 в высокотемпературной зоне не менее 80 %, а в низкотемпературной зоне — не менее 50 %. Такая футеровка позволяет отказаться от металлической облицовки шагающих балок, выполняемой из дорогостоящего жароупорного стального литья. Улучшается качество и экономичность нагрева, т.к. при металлической облицовке балок происходит сток тепла в щели между балками, в результате чего увеличивается неравномерность нагрева заготовок и расход топлива. Уплотнение рабочего пространства печей. Ниже перечислены некоторые меры, используемые для уплотнения рабочего пространства печей:

• применение плотных футеровок из неформованных огнеупоров (огнеупорных бетонов, набивных и пластичных масс) вместо кладки из штучных кирпичей с большим количеством кладочных швов;

• в проходных нагревательных печах применение, где это возможно, боковой посадки и выдачи, минимальные размеры окон для посадки и выдачи, газовые завесы на этих окнах, сокращение количества рабочих окон и применение плотных заслонок на рабочих окнах;

• водяные затворы по всему периметру у печей с шагающим подом;

• механический прижим заслонок в камерных печах;

• в проходных термических печах с защитной атмосферой применение газодинамических, шторных и клиновых затворов;

• плотные резиновые затворы с прижимами в садочных печах с защитнойатмосферой.

Применение современных автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП)

 

Для реализации мер по энергосбережению необходима оптимизация тепловых и температурных режимов работы печей в условиях широкого изменения сортамента, технологии и производительности. С этой целью разработаны современные АСУ ТП с использованием контроллерной техники и ПЭВМ на базе развитых математических моделей печей. Они могут включать:

• систему управления тепловым режимом и транспортом заготовок (в проходных печах);

• систему оптимизации теплового режима по прямым показателям или поуправляющей модели с возможностью адаптации модели по прямымпоказателям;

• систему управления сжиганием топлива (для пламенных печей), минимизирующую его расход;

• систему слежения за материальными потоками и систему сопровождения;

• систему комплексной диагностики работы самой системы, приборов и оборудования.

АСУ ТП печи должна входить в интегральную энергосберегающую систему технологического комплекса или линии. Примером комплексного решения проблем энергосбережения может служить построенная по проекту Стальпроекта печь с шагающим подом мелкосортно-проволочно-го стана 250 Молдавского металлургического завода. Печь полезной длиной 16 м и общей тепловой мощностью 38,2 МВт предназначена для нагрева заготовок сечением 125x125 мм и длиной от 8 до 12 м. Печь имеет боковую загрузку и выдачу заготовок с помощью внутрипечных рольгангов.

В печи применено полностью сводовое отопление. Между отапливаемой и неотапливаемой частью печи установлен пережим, который можно изменять по высоте и по конфигурации. Для наиболее ответственных узлов кладки применен жаропрочный бетон. Футеровка свода выполнена трехслойной заливной жаропрочным бетоном на керамических анкерах. Также из жаропрочного бетона выполнен рабочий слой футеровки подовых балок. Благодаря высокой прочности бетонной футеровки не потребовалась металлическая облицовка подовых балок и тем самым исключался сток тепла в щели между балками. По всему периметру шагающих балок предусмотрен водяной затвор, причем ось желоба смещена относительно оси щели между балками. Это также уменьшает потери тепла через нижнее строение печи. Продукты сгорания из рабочего пространства печи отводятся вниз, что способствует прогреву верхней части щелей и уменьшению опасности подсоса окружающего воздуха в районе подовых балок.

Система автоматизации участка печей обеспечивает оптимизацию режима нагрева заготовок с использованием современных технических средств. Для качественного нагрева металла при минимальных энергозатратах разработана и внедрена развитая динамическая управляющая модель печи, работающая в режиме реального времени. Для нагревальщиков предусмотрен современный операторский интерфейс. Контроллеры Сименс объединены локальной промышленной сетью и вместе с операторскими станциями интегрированы в общецеховую систему слежения и сопровождения материальных потоков. Примененная новая современная система автоматизации отличается высокой надежностью с развитой диагностикой работоспособности как отдельных элементов и узлов системы, так и технологического оборудования. Опыт эксплуатации показал надежную и устойчивую работу печи при очень низких удельных расходах тепла 38—40 кг условного топлива на тонну (1113-1172 кДж/кг), что соответствует тепловому КПД 0,7-0,75.

Контрольные вопросы

1. Повышение эффективности использования топлива в ВТУ.

2. Регенерация тепловых и горючих отходов ВТУ.

3. Анализ тепловых схем ВТУ с регенерацией тепловых и горючих отходов.

4. Регенеративные подогреватели компонентов горения.

5. Регенеративные подогреватели исходных технологических материалов.

6. Основы теплового расчета регенеративных устройств.

7. Вторичные энергоресурсы ВТУ и их использование.

8. Котлы – утилизаторы.

9. Испарительное охлаждение.

10. Энергосбережение в паровых котельных.

11. Оптимальный выбор типа печи

12. Уменьшение потерь тепла из рабочего пространства печи

13. Применение современных автоматизированных систем управления технологическим процессом

 

Тепловые насосы, их назначение и основные типы

Тепловой насос представляет собой устройство, позволяющее передать теплоту от более холодного тепла к более нагретому телу за счет использования дополнительной энергии (чаще всего механической). Применение тепловых насосов - один из важных путей утилизации теплоты вторичных энергетических ресурсов.

Тепловые насосы могут использовать как теплоту, выработанную в различных технических устройствах, так и теплоту природных источников - воздуха, воды естественных водоемов, грунта.

Тепловые насосы в настоящее время применяются главным образом для нагрева теплоносителя для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий. Однако их можно использовать и для технологических целей.

Тепловые насосы различаются, прежде всего, по способу, преобразования теплоты. Поскольку тепловые насосы и холодильные установки имеют одинаковый принцип действия, то типы тепловых насосов совпадают с типами холодильных установок. Имеются парокомпрессионные, газокомпрессионные, сорбционные, пароэжекторные, термоэлектрические тепловые насосы.

Другой важный вид классификации тепловых насосов – по типу источника энергии, использующегося для преобразования теплоты. Это могут быть электродвигатель, газовая турбина, двигатели внутреннего сгорания, механическая энергия струи пара и т.д. Часто тепловые насосы разделяют по виду рабочего агента (фреоновые, аммиачные, воздушные и др.) и типу теплоносителей, отдающих и воспринимающих теплоту (воздух-воздух, вода - воздух, вода-вода и т.д.). Наибольшее распространение в настоящее время получили парокомпрессионные тепловые насосы, использующие в качестве рабочего агента один из фреонов или их смесь.

 

Принцип действия и основные характеристики

тепловых насосов

Тепловые насосы, так же, как и холодильные машины, относят к трансформаторам тепла. Принципиального различия в работе и в конструкции между ними не существует. Различается они лишь по назначению и температурному уровню получаемой теплоты. Цель холодильной машины — получение теплоты с температурой ниже уровня температуры окружающей среды, т.е. производство холода. Холод в парокомпрессионной холодильной установке получается в виде охлажденного теплоносителя (рассолы, антифризы, воздух, вода), выходящего из испарителя. Цель теплового насоса - получение теплоты, которая в случае парокомпрессионного теплового насоса представляет собой нагретый теплоноситель (вода, воздух), выходящий из конденсатора.

Принцип действия парокомпрессионного теплового насоса может быть проиллюстрирован рис. 17, на котором изображены его схема (рис. 17 а) и термодинамический цикл в диаграмме Т-s(рис. 17 б). Тепловой насос действует за счет подведенной в компрессоре механической работы. Привод компрессора может осуществляться от электрического или теплового двигателя. В компрессоре (процесс 1-2) повышается давление рабочего вещества, находящегося в парообразном состоянии, от давления P1до давления P2.Затем в конденсаторе (процесс 2-3) при постоянном давлении происходит конденсация рабочего вещества. Получаемое при конденсации тепло передается потребителю при температуре T2, например, нагревая воду, направляемую в систему отопления. В дросселе происходит расширение рабочего вещества до давления P1с его частичным испарением (процесс 3-4). Далее рабочее вещество полностью превращается в пар при температуре T1в испарителе, где отбирается теплота от ее источника, например от нагретого вентиляционного воздуха или продуктов сгорания.

 
а б

Рис.17. Схема парокомпрессионного теплового насоса (а) и его цикл (б)

в Т-s-диаграмме (температура – энтропия); I -

испаритель; II – компрессор; III – конденсатор; IV – дроссель

 

Основными характеристиками теплового насоса являются: коэффициент преобразования (трансформации) тепла, термодинамический КПД, удельная стоимость, т.е. стоимость, отнесенная к теплопроизводительности теплового насоса.

Коэффициент преобразования тепла представляет собой отношение получаемой тепловой мощности к мощности, затрачиваемой на привод компрессора. Он выше единицы и существенно зависит от температуры холодного источника теплоты T1 и температуры получаемого горячего теплоносителя T2. В результате работы теплового насоса можно получить примерно в 2 - 8 раз больше теплоты, чем в случае непосредственного подогрева теплоносителя в электрокалорифере:

 

 

Это обстоятельство кажется нарушением первого закона термодинамики. На самом же деле это не так. В данном случае мы лишь трансформируем теплоту более низкого потенциала в теплоту более высокого потенциала, т.е. другого температурного уровня. Коэффициент преобразования тепла не является коэффициентом полезного действия теплонасосной установки. Степень превращения теплоты в работу характеризуется работоспособностью, или эксергией, потока теплоты и существенно зависит от температурного уровня потока теплоты, а также от температуры окружающей среды.

Термодинамическое совершенство теплового насоса определяется его эксергетическим КПД. Он может быть вычислен следующим образом:

Здесь w - температурная функция или коэффициент работоспособности теплоты, определяемая как

.

Как видно, эксергетический КПД теплонасосной установки всегда меньше единицы. Зависимость холодильного коэффициента и эксергетического КПД от температур конденсации и испарения показаны на рис. 18.

а б

Рис.18. Зависимость холодильного коэффициента (а) и эксергетического КПД (б) от температур конденсации и испарении

 

Характеристики теплового насоса во многом зависят от применяемого рабочего вещества. В этом качестве чаще всею применяются различные фреоны такие, как R-22, R134а, R-407С, а также озонобезопасный фреон R-142В. Характеристики фреонов во многом определяют коэффициент преобразования тепла и, следовательно, экономичность теплового насоса.

 





sdamzavas.net - 2018 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...