IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Основой развития современного общества является повышенное внимание к проблемам рационального и эффективного использования энергоресурсов, внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий, поиска возобновляемых источников энергии и использования вторичных энергоресурсов. Это обусловлено растущим потреблением органического топлива при одновременно высоком его расходе на единицу валового продукта, что приводит к непрерывному росту цен на топлива и к росту негативного воздействия на окружающую среду.

Одним из основных потребителей топлива, наряду с теплогенерирующими установками, являются технологические печи. В большинстве случаев промышленные печи работают с весьма низким термическим КПД, величина которого не превышает 30-40%. Низкий КПД печей обусловлен, в основном, большими потерями теплоты с уходящими газами. Так как температура уходящих газов от промышленных печей, в зависимости от их конструкции и технологического назначения, изменяется в пределах от 600 до 1400°С, то величина потерь теплоты с уходящими газами в разных случаях составляет 50-70% от количества подведенной теплоты.

Эффективным методом повышения термического КПД печей и, следовательно, снижения расхода топлива, является утилизации теплоты уходящих газов. Одним из вариантов реализации этого процесса является применение рекуператоров и регенераторов, осуществляющих подогрев воздуха, подаваемого на горение топлива.

Рекуперативные воздухонагреватели (рекуператоры) по материалу изготовления делятся на керамические и металлические. Керамические рекуператоры и регенераторы, изготавливаемые из специальных огнеупорных материалов, применяют для высокотемпературного нагрева воздуха (500-700°С), однако из-за таких недостатков как массивность, большие габариты, низкая тепловая эффективность, а также, в случае керамических рекуператоров, низкая газоплотность, данные типы воздухонагревателей применяются не нашли широкого применения.

На практике наибольшее применение получили металлические рекуператоры, обладающие высокой газоплотностью (может достигать 100% при сварном соединении) и большой удельной теплопроводностью, что позволяет значительно снизить их габаритные размеры и, следовательно, стоимость.

В зависимости от конструкции металлические рекуператоры делятся на:

– игольчатые рекуператоры;

– рекуператоры из гладких стальных труб;

– рекуператоры-термоблоки;

– радиационно-щелевые рекуператоры.

Выбор типа рекуператора зависит от конструкции и размеров печи, условий ее работы, температуры продуктов сгорания, уходящих из печи, необходимой температуры подогрева воздуха, вида сжигаемого топлива и т.д.

Для нагрева воздуха до температуры 200-400°С при температуре уходящих газов 600-1100°С для подогрева воздуха могут быть применены конвективные чугунные игольчатые и стальные гладкотрубные рекуператоры, обладающие высокой тепловой эффективностью (в особенности двустороннеигольчатые рекуператоры, с оребрением труб с внутренней и наружной стороны стенок), компактностью размеров, а также наименьшей массой метелла, приходящейся на единицу выработанной теплоты. Однако применение игольчатых рекуператоров ограничивается их размерами из-за большого количества фланцевых соединений, число которых увеличивается при увеличение габаритов рекуператора, в связи с чем значительно снижается его газоплотность.

Для высокотемпературного нагрева воздуха при температуре уходящих газов 1000-1400°С могут быть применены радиационно-щелевые рекуператоры из жароупорной стали, основанные на лучистом теплообмене. Основным недостатком данного типа рекуператоров является то, что они занимают объем в 2-3 раза больший, чем конвективные рекуператоры при одинаковой теплопроизводительности.

На промышленных печах, работающих с большим тепловым напряжением и выбиванием пламени из печи, следует применять монолитные чугунно-стальные рекуператоры-термоблоки, обеспечивающие подогрев воздуха до температуры 200-300°С. Главным недостатком термоблоков является их громоздкость. Масса металла, приходящаяся на единицу выработанной теплоты, может быть до 4 раз больше, чем у других типов рекуператоров при прочих равных условиях.

В конкретных условиях тип рекуператоров следует определять не только по экономии первоначальных затрат и срокам окупаемости, но также по степени утилизации теплоты и производственным возможностям предприятия.

При выборе типа рекуператора необходимо определять целесообразные температурные пределы подогрева воздуха с точки зрения окупаемости установки теплоутилизационного оборудования. Верхний предел температуры подогрева воздуха обычно принимается не более 400°С, так дальнейшее ее повышение приводит к резкому увеличению стоимости рекуператора из-за применения жаропрочных материалов, а также к значительному усложнению эксплуатации горелок.

Оптимальным является подогрев воздуха до температуры 250-300°С, при этом достигается экономия топлива в размере 15-20%.

Следует также отметить, что подогрев воздуха, подаваемого на горение, помимо экономии топлива, обеспечивает улучшение качества горения топлива и повышение производительности печей. Применение воздухонагревателей также оказывает положительный экологический эффект. Благодаря увеличению КПД и снижению расхода топлива достигается сокращение негативного воздействия топливодобывающих технологий на почву, растительность и водоемы эквивалентно сэкономленному топливу, снижение выбросов загрязняющих веществ и, как следствие, снижение платы за загрязнение атмосферного воздуха, а также сокращение теплового загрязнения атмосферы в результате снижения расхода и температуры уходящих газов.

Список использованных источников

1. Щукин А.А. Промышленные печи и газовое хозяйство заводов. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. – М., «Энергия», 1973. – 224 с.

2. Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. – М., «Металлургия», 1975. – 296 с.

3. Энергосбережение и охрана воздушного бассейна при использовании природного газа: Учебное пособие/Б.В. Шанин, Е.Е. Новгородский, В.А. Широков, А.Ф. Пужайло – Н.Новгород: Нижегород. гос. архит.-строит.ун-т, 1998. – 384 с.

4. Лебедева Е.А. Охрана воздушного бассейна от вредных технологических и вентиляционных выбросов: Учеб. пос. для вузов/Е.А. Лебедева; Нижегор. гос. архит.-строит. ун-т. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2010. – 196 с.

Код для цитирования: Скопировать