Энергетическое обеспечение производства
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
?а за счет воздуха. В общее количество тепла, затрачиваемого на процесс, входит и так называемое физическое тепло топлива и воздуха, под которым понимается количество тепла, которым обладает топливо и воздух, будучи нагретыми до определенной температуры. Поскольку на нагрев металла до заданной температуры в конкретной печи требуется строго определенное количество тепла, то, очевидно, что чем выше доля физического тепла в общем тепле, тем ниже доля химического тепла топлива, т. е. тем меньше топлива надо затратить на нагрев.
Чем выше степень утилизации, то есть чем выше нагревается топливо и воздух и, следовательно, ниже температура дымовых газов, уходящих из рекуператора или регенератора, тем выше экономия топлива, так как большая часть тепла снова возвращается в печь.
б) Повышение температуры. Известно, что при сжигании топлива выделяется тепло, которое нагревает продукты сгорания до определенной температуры, называемой температурой горения.
Температура горения равна:
t = Qнр /Vпр Ср С
где Qнр - низшая теплота сгорания топлива, кДж / кг или кДж / м3;
Vпр - объем продуктов, образующиеся при полном сжигании единицы топлива, м3 / кг, или м3 / м3;
Ср - средняя удельная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кг град), или кДж/ (м 3 град).
Если газ и воздух были подогреты до какой-либо температуры и, следовательно, обладали физическим теплом Qф, то это тепло тоже будет расходоваться на подогрев продуктов сгорания. Следовательно, в числителе надо прибавить Qф и тогда
C0
Видно,что чем больше Qф (Qнр для каждого вида топлива есть величина постоянная), тем больше числитель и выше, следовательно, температура горения топлива.
в) Интенсификация горения топлива. Кроме экономии топлива и повышения температуры горения его, подогрев топлива и воздуха приводит к более интенсивному протеканию самих реакций горения топлива. Так, например, максимальная скорость горения водорода при подогреве со 100 до 400 градусов увеличивается более чем в четыре раза. При сжигании жидкого топлива процесс горения интенсифицируется за счет ускорения процесса испарения жидкого топлива и, следовательно, образования газообразной смеси.
6.3.1 Рекуператоры
Слово рекуперация (от слова рекуператор - обратный получатель) означает возвращение энергии, израсходованной один раз при проведении процесса, для повторного использования в этом же процессе.
Керамические рекуператоры используют на печах, где температура отходящих дымовых газов равна 1000-14000 С и обеспечивают подогрев воздуха до 800-9000 С, а иногда и до 11500 С.
6.3.2 Регенераторы
Регенератор - аппарат периодического действия, в котором дымовые газ отдают теплоту аккумулирующему устройству (насадке). После того как насадка будет достаточно нагрета, в неё подают холодный воздух. Нагрев воздуха сопровождается охлаждением насадки. Затем подачу воздуха прекращают и в насадку вновь подают дымовые газы. Таким образом, в насадке регенератора происходят повторяющиеся циклы охлаждения горячих и нагрев холодных газов. Чтобы в печь воздух подавался непрерывно, её оборудуют двумя регенераторами. Если через один из них пропускают дымовые газы и он при этом нагревается, то через другой пропускают в это время воздух и насадка его охлаждается. Через определенное время цикл нагрева и охлаждения насадок меняется на обратный.
Насадку регенератора набирают из огнеупорного кирпича по системе Каупера и Сименса. Насадку Каупера выполняют так, что кирпичи образуют длинные, не соединяющиеся друг с другом вертикальные каналы. В насадке Сименса кирпичи располагают крест-накрест, образуя вертикальные каналы, соединяющиеся друг с другом по всей длине. Такое расположение кирпичей турбулирует поток газа, интенсифицирует процесс передачи тепла и создает большую поверхность нагрева.
В регенераторах воздух нагревают до 1000-12500 С, а температура дымовых газов на входе в регенератор может достигать 1550-16000 С.
6.3.3 Котлы утилизаторы
В отличие от теплообменных аппаратов рекуперативного и регенеративного типа в котлах-утилизаторах тепло дымовых газов используют не на нагрев воздуха или низкокалорийного газообразного топлива, а на подогрев воды выше температуры кипения для получения пара высокой температуры и высокого давления.
Наиболее широко котлы-утилизаторы применяют в сталеплавильном производстве, где все конвертера, и электродуговые печи оборудованы ими. Котлы-утилизаторы устанавливают в непосредственной близости от источника уходящих газов.
Давление вырабатываемого пара составляет 180-450 Н/см2 или 18 и 45 ат температура которого соответственно 340 и 3700 С. Пар таких параметров может быть использован для привода турбин эксгаустеров, турбокомпрессоров и турбовоздуходувок, турбогенераторов небольшой мощности и т. д. Удельная выработка пара составляет 0,30-0,35 т. пара на 1 т. стали при температуре газов, уходящих из котла 250-3000 С.
.3.4 Испарительное охлаждение печей
В промышленных печах ряд узлов и деталей, выполненных из различных материалов и сплавов и работающих при высоких температурах, можно длительно эксплуатировать лишь при условии интенсивного их охлаждения. При этом охлаждаемые элементы отнимают значительное количество теплоты, выделяемой при горении топлива или электрическими нагревателями. В тепловых балансах печей эта статья может достигать 30%. Поэтому излишнее количество охлаждаемых элементов и чрезмерная подача теплоотводящей среды приводят к значи