Использование тепловых ВЭР.Регенераторы и рекуператоры

Тепловые ВЭР –тепловые отходы, представляющие собой энтальпию отходящих газов технологических агрегатов, основной, побочной, промежуточной продукции и отходов производства, теплоту рабочих тел систем охлаждения технологических агрегатов и установок, энтальпию горячей воды и пара, отработанных в технологических установках. К тепловым ВЭР также относятся пар и горячая вода, попутно полученные в технологических установках.

Тепловые ТЭР. Наибольшие трудности возникают при решении вопросов, связанных с утилизацией тепловых ВЭР промышленности, которые обусловлены большим разнообразием последних по температуре, режиму их выдачи, виду и физико-химическим свойствам их носителя и другими факторами. Некоторые из них не используются, поскольку нет соответствующих технических решений и оборудования для их утилизации (либо оборудование так дорого, что делает это мероприятие экономически неоправданным).

К числу  отраслей, определяющих выход тепловых ВЭР промышленности, в первую очередь, должна быть отнесена черная металлургия. Невысокая степень использования  ВЭР в значительной мере объясняется  недостатком уже освоенного промышленностью  утилизационного оборудования.

Около ¾  от суммарного выхода тепловых ВЭР  в цветной металлургии дают отходящие  газы различных металлургических печей. Однако утилизация их путем установки  за печами котлов-утилизаторов сопряжена  с большими трудностями, обусловленными высокой запыленностью и агрессивностью отходящих газов. Это требует  разработки узкоспециализированных котлов, выпускаемых малыми сериями и  даже единицами, которые существенно  дороже котельных установок, используемых в черной металлургии, и тем более  энергетических. Этими обстоятельствами до последнего времени обычно объяснялся низкий уровень использования тепловых ВЭР в отрасли.

В то же время утилизация ВЭР не только обеспечивает экономию топлива, но и одновременно позволяет решать задачи повышения  производительности технологических  агрегатов, надежности их работы, улавливания  ценных сырьевых компонентов, сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среды. То же самое можно сказать о системах испарительного охлаждения элементов шахтных, отражательных и обжиговых печей, напыльников конвертеров и др. Их применение примерно в 50 раз сокращает потребность в технической воде и в 2 – 3 раза повышает срок службы соответствующего оборудования.

С учетом данных обстоятельств утилизация тепловых ВЭР в цветной металлургии  становится экономически оправданной  даже там, где ранее  считалось  неэффективным.

Тепловые  ВЭР нефтеперерабатывающей и  нефтехимической промышленности определяются в основном энтальпией отходящих  газов установок первичной переработки  нефти, каталитического риформинга и крекинга и других технологических агрегатов. Суммарный выход тепловых ВЭР отрасли составляет миллионы т.у.т./год, а их использование – около 50%. В промышленности строительных материалов ВЭР образуются при обжиге цементного клинкера и керамических изделий, производстве стекла, выплавке теплоизоляционных материалов

Однако  уровень использования этого  вида ВЭР в отрасли все же не отвечает современным требованиям. Основная причина относительно низкого  уровня их использования заключается  в том, что технологические агрегаты далеко не полностью оснащены уже  освоенным утилизационным оборудованием, кроме того, в ряде случаев утилизация невозможна из-за отсутствия необходимых  технических средств.

В котлах дополнительно  может подогреваться питательная  вода. При внешнем использовании  нагревают теплоноситель или  сырье. Нагрев рабочей среды проводится в регенеративных, рекуперативных или  смесительных (контактных) аппаратах. Регенеративные аппараты по принципу действия являются периодическими. Через  неподвижные насадки потоки дымовых  газов и нагреваемой среды  проходят попеременно путем переключения направления их течения. Реализуемый уровень температур в регенераторах с керамическими насадками составляет 1700°С. Недостатком этих аппаратов является снижение за цикл температуры нагреваемой среды на 10-15 %.Они пригодны для маловязких и чистых.

Рекуперативные  подогреватели выполняются из металла, поэтому уровень рабочих температур снижается до 700-800 °С по сравнению с регенераторами. Преимущество их заключается в постоянстве параметров рабочих сред, что обеспечивает стабильность технологического процесса. Рассмотрим простейший рекуператор (рис. 4.3, а). Передача теплоты от дымовых газов к нагреваемой среде осуществляется через разделяющую поверхность, которая может иметь различное конструктивное исполнение. В нашем случае это кольцевой канал, который связан с раздающим и сборным коллекторами.

 При утилизации  низкотемпературных дымовых газов  целесообразно использовать контактный  теплообменник с активной оросительной  насадкой для повышения интенсивности  теплообмена (рис. 4.3, б). С помощью  данного устройства можно получать  горячую воду 50-70 °С, что позволяет проводить сжигание топлива с учетом высшей теплоты сгорания и тем самым добиваться дополни тельного энергосберегающего эффекта. Достоинством аппарата являются небольшие габариты и масса, достигаемые за счет интенсификации теплообмена при орошении пучка труб промежуточным теплоносителем в жидкой фазе, подогретым непосредственным соприкосновением с дымовыми газами. Это также дает косвенный энергосберегающий эффект за счет экономии металла. Кроме того, в данном аппарате происходит очистка дымовых газов. Энергетический эффект от утилизации теплоты дополняется экологическим эффектом уменьшения отрицательного воздействия на окружающую среду.

Кроме рассмотренных  способов утилизации теплоты вентиляционных выбросов широко используются и рекуперативные теплообменники. В утилизационных теплообменниках  степень регенерации теплоты  вытяжного воздуха может достигать 70 % , что позволяет почти вдвое  сократить расходы топлива на отопление.

 При использовании  теплообменников необходимо  уделять  особое внимание состоянию их  поверхности. Образование отложений  приводит к росту термического  сопротивления, и эффективность  утилизации тепловых ВЭР ухудшается. Кроме того, из-за отложений возрастают  потери давления, а следовательно, и мощность на прокачку рабочего вещества. Этот недостаток преодолевается периодической чисткой поверхностей теплообмена. 

ВЭР избыточного  давления. ВЭР избыточного давления могут быть использованы для производства механической работы, теплоты или  холода. В первом случае для преобразования используется турбина, сопряженная на одном валу с электрическим генератором. Во втором случае энергия избыточного давления может быть также преобразована в теплоту или холод в соответствии с эффектом Ранка.

Для примера  рассмотрим использование ВЭР избыточного  давления в системах распределения  природного газа. В магистральных  трубопроводах газ транспортируется под давлением 4,5-6,5 МПа. Затем на газораспределительных станциях (ГРС) давление снижается до 1,2 МПа. У конечных потребителей на газоредуцирующих пунктах (ГРП) давление уменьшается до более низких значений, соответствующих технологическим требованиям. В обоих случаях снижение давления происходит без совершения работы, т.е. имеют место непроизводительные потери энергии. Эту энергию можно использовать для производства электричества, установив газотурбинную расширительную станцию (ГТРС), а ГРП использовать как резервную систему. Схема ГТРС, которая может быть использована в системах газоснабжения ТЭЦ, дана на рис. 4.8. Для предотвращения выпадения конденсата на лопатках турбины газ перед подачей в турбину подогревается.