Энергетическое обеспечение производства
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
>
6.4 Утилизация теплоты готового продукта и шлака
Физическая теплота горячих продуктов различных переделов черной и цветной металлургии может быть использована непосредственно в последующей технологической операции, в теплообменных холодильниках с последующим ее возвратом в данный процесс или для производства пара и горячей воды.
Например, в цветной металлургии многие тепловые агрегаты входят в единую технологическую схему, поэтому готовый продукт одной печи может являться исходным для последующего агрегата. Так, медный штейн, полученный в отражательной или шахтной печи, в расплавленном состоянии поступает в конвертерный цех для дальнейшей переработки. В этом случае физическая теплота штейна входит в тепловой баланс конвертера в качестве одной из приходных статей.
Примером использования теплоты готового продукта являются холодильники вращающихся печей. Они выполняют две функции: технологическую - охлаждают бокситовый или нефелиновый спек, глинозем или другие материалы, и теплотехническую - используют отводимую теплоту на подогрев воздуха, необходимого для сжигания топлива. При этом качество спека в значительной степени зависит от условий охлаждения, и подогрев воздуха позволяет экономить топливо.
Актуальным вопросом комплексного использования энергетических ресурсов является утилизация теплоты отвальных шлаков. Отвальные шлаки составляют значительную долю в материальном и тепловом балансах всех основных процессов металлургии. Так выход шлака на 1 т выплавляемого металла может колебаться от 2-4 т (при выплавке свинцовых руд) до 8-12 т (при выплавке никелевых руд). Количество теплоты со шлаком в тепловом балансе составляет от 10-25% (отражательная плавка и конвертерный передел) до 30-40% (шахтная плавка никелевых руд). При этом температура жидких шлаков может достигать 1300-14000 С. Понятно, насколько велико экономическое значение проблемы утилизации этой теплоты.
Одновременно с этим необходимо решать вопрос о возможности использования самих шлаков. Они могут выступать в качестве нерудного материала, искусственного пористого наполнителя, силикатно-бетонных и минерало-ватных изделий. Экономия от рационального использования шлаков для производства строительных материалов может быть очень существенной. Однако при этом следует учитывать, что шлаки цветной металлургии хотя и являются отвальными, но содержание ценных компонентов в них нередко равно или даже выше, чем в некоторых рудах. Сейчас уже разработаны технологические процессы переработки таких шлаков. Но даже после грубого извлечения цветных шлаков использование отвальных шлаков не всегда рационально. В некоторых случаях их целесообразно использовать в качестве удобрения, так как они содержат различные микроэлементы.
6.5 Применение тепловых насосов для утилизации низко потенциального топлива
Наиболее эффективным средством, позволяющим утилизировать низко потенциальную энергию практически любых промышленных и бытовых выбросов, могут служить тепловой насос (ТН) и теплонаносные установки (ТНУ).
Принцип действия теплового насоса основан на фундаментальных законах термодинамики. Тепло всегда передается от тепла с большей температурой менее нагретому, точно так же, как вода всегда течет сверху вниз и никогда сама по себе не поднимается снизу вверх. Но с помощью насоса можно заставить жидкость двигаться по трубам в гору. Подобно гидравлическому насосу ТН может передавать тепло окружающей среды телу, имеющему более высокую температуру.
Тепловые насосы, или термотрансформаторы, - это экологически чистые компактные фреоновые установки (агрегаты), позволяющие получать тепло и горячее водоснабжение (ГВС) за счет использования тепла низкопотенциального источника (НПТ) путем передачи его к теплоносителю более высокой температуры (ВПТ). В качестве источника НПТ могут быть использованы промышленные и очищенные бытовые стоки, вода технологических циклов, тепло грунтовых, термальных вод, воды рек, озер, морей, систем водо- и тепло снабжения, тепло, получаемое при очистке дымовых газов и любых других сбросных потоков.
Тепловые насосы - единственные установки, которые производят в 3-7 раз больше тепловой энергии, чем потребляют электрической энергии на привод компрессора.
Тепловые насосы используются для автономного обогрева и ГВС жилых и производственных зданий, для охлаждения и поддержания постоянной температуры воды технологических циклов, что позволяет контролировать и регулировать температурные режимы теплоносителей, а также заменить громоздкие, дорогостоящие и загрязняющие окружающую среду системы открытого типа, например градирни.
В настоящее время практическое значение приобрели компрессионные и абсорбционные тепловые насосы.
Парокомпрессионный фреоновый ТН представляет собой двухконтурный аппарат, где фреоновый контур является герметичным. Передаче тепла от источника НПТ к фреону и от фреона к воде закрытой системы отопления происходит в кожухотрубных теплообменниках.
ТН состоит из двух агрегатов-компрессорного и испарительно-конденсаторного (АИК). Аппарат компрессорной содержит компрессор с регулятором производительности, электропривод (могут использоваться другие приводы, например, дизели, газовые двигатели и т.п.), масло делитель, маслонасос, а также фильтры, запорную арматуру, трубопроводы и систему автоматизации. АИК состоит из конденсатора, испарителя, теплообменника, переохладителя, фи