книги / Справочное пособие по теплотехнологическому оборудованию промышленных предприятий
..pdfпри А / 2 может быть'больше или меньше 1\. Обычно при А < 0 h < I \ вследствие |
|||
потерь тепла. Но |
при дополнительном подводе тепла в камеру (q^-фО) А > 0, сле |
||
довательно, / 2 > |
/а. |
|
|
Удельный расход сушильного агента I для испарения 1 кг влаги |
|||
|
1000 |
, |
1000 |
|
|
|
(5.36> |
где do— влагосодержание атмосферного |
|
воздуха; d\, d2— влагосодержание су |
|
шильного агента на входе и выходе из сушила, г/кг сухого воздуха.
После подстановки выражения (5.36) в формулу (5.34) уравнение теплового
баланса сушила принимает вид |
|
/2_ / 1 = д (d ,~ d 0) кДж/кг исп. влаги. |
(5.37) |
1000 |
|
5.4. Материальные балансы теплотехнологического оборудования
5.4.1.Материальный баланс огнетехничсской установки
Материальные балансы составляются в тех случаях, когда в установках про текают сложные технологические процессы, связанные с изменением структуры материала, в результате чего из исходного сырья получаются продукты, отлича ющиеся новыми свойствами. Материальные балансы также составляются при не обходимости установления производственных норм расхода сырья и выхода про дуктов технологического процесса и с целью уточнения, конкретизации теплового баланса.
Материальные балансы выражают закон сохранения массы. При составлении материального баланса, так же как и теплового, в левой части уравнения запи сывают статьи прихода массы, а в правой части — расход:
2 ^прнх = 2 ^расх
или
Мс + Мн2о+ Мт+ м0= М+ Мг>п+ Мосг + Мун,
где Мс — масса сухой части технологического сырья (материал, шихта и др.), кг/с; Мн о — масса влаги в единице технологического сырья, кг/с; М0 — масса окисли
телей (воздух, паровое дутье и др.), кг/с; М — масса сухой части готового технологи ческого продукта, кг/с; Мг п — масса газообразных продуктов, образующихся в ре
зультате ведения технологического процесса, кг/с; Мост — масса остатков (шлаки, смолы и пр.), кг/с; Мун — масса уноса, кг/с.
Невязка материального баланса допускается не более 0,5 %.
5.4.2.Материальный баланс сушильной установки
На основании материального баланса сушила можно определить его произво дительность по сухому материалу и количество влаги, удаляемое при сушке.
Вес абсолютно сухого материала
G1 |
(1 0 0 - \F 1) |
|
(100 - 1 T J |
СУХ” |
100 |
2 |
100 |
где Gи G2— соответственно масса влажного материала на входе в сушило и вы сушенного материала на выходе из сушила, кг/с; №i, W2— начальная и конечная влажности высушиваемого материала, %• Из этого выражения можно записать;
100 — W2
G1 = G3 |
кг/с; |
100 — Wi
6. З а к . 2571 |
81 |
6. ТОПЛИВОИСПОЛЬЗОВАН И Е ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
6.1. Классификация теплотехнологического оборудования по признаку теплоиспользования
органического топлива
Вопросам рационального топливоиспользования уделяется большое внимание, так как до настоящего времени основным источником первичной энергии явля ется органическое топливо. Однако запасы его не беспредельны. При увеличении потребления топлива от 2 до 3 % в год мировых запасов топлива хватит примерно на 100 лет. Это обстоятельство является мощным стимулом для изыскания но вых источников энергии и рационального использования имеющихся. Повышение цен на топливо также стимулирует мероприятия по его экономии и изысканию новых источников энергии.
Необходимость бережного отношения к энергетическим ресурсам в народном хозяйстве СССР подчеркивается в директивных указаниях партии и правитель ства. Успешное выполнение народнохозяйственных планов возможно лишь на ба зе непрерывного совершенствования топливоиспользования, структуры топливноэнергетического баланса предприятий, за счет разумного сочетания различных ви дов топлив и вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). В связи с тем, что ка питальные вложения в добычу и транспорт 1 т у. т. составляют 50—70 руб., а 1 т у. т., сэкономленного за счет ВЭР, требует затрат 10—20 руб., особого внимания при рационализации топливоиспользования заслуживают мероприятия по утили зации вторичных энергетических ресурсов.
По характеру теплоиспользования оборудование промышленных предприятий, потребляющее органическое топливо, разделяется на три группы (рис. 6.1 ): с вну тренним (а), внешним (б) и комбинированным (в) теплоиспользованием.
Рис. 6.1. Схемы |
теплоиспользования: |
|||||
1 — устройство |
для |
регенерации: 2, 3, |
4 — |
|||
технологические зоны; |
5 — устройство |
для |
||||
утилизации; |
|
в.о — воздух-окислитель; |
||||
д.г — дымовые |
газы; |
н.м — исходный |
ма |
|||
териал |
(технологическое сырье); |
т — топ |
||||
ливо; |
т.п — технологический |
продукт; |
||||
д.п — дополнительный продукт.
Наиболее перспективным направлением развития промышленной технологии и энергетического совершенствования огиетехническнх установок являются безот ходные (малоотходные) технологии, которые используют все материальные и энергетические составляющие производства с вовлечением в топливно-энергетиче ский баланс ВЭР, и двухцелевые, в которых получение основной продукции орга нически сочетается с генерацией энергии (энерготехнологическое комбинирова ние), при этом выработка энергии и продукции осуществляется в одной и той же энергетической установке с минимальным выходом ВЭР. Энерготехнологнческое комбинирование, кроме основных преимуществ, к которым относятся повышение эффективности использования энергетических ресурсов, надежность и экономич ность, возможность утилизации ВЭР, позволяет высвободить средства, которые были бы израсходованы на использование ВЭР при реализации одноцелевых тех нологий.
Так как утилизация ВЭР связана со значительными капитальными затратами при строительстве установок с внешним, а также комбинированным теплонспользованием, то в целях правильного подхода к оценке эффективности и обоснованию направлении использования ВЭР была утверждена единая методика определения экономической эффективности [83]. Как уже отмечалось, такие капитальные вло жения в среднем составляют 10 — 20 руб. на 1 т у. т., сэкономленного за счет использования ВЭР (в черной металлургии — 8, тяжелом машиностроении — 11,6, целлюлозно-бумажной промышленности — 38, цветной металлургии и химической промышленности — порядка 50 руб.).
6.3.Вторичные (побочные) энергетические ресурсы
огнетехнической установки
Технологические отходы, имеющие определенный энергетический потенциал (химически связанное тепло, физическое тепло, энергия избыточного давления и напора), которые не используются в технологических зонах установки, но могут быть использованы для энергоснабжения других установок (агрегатов), рассма триваются как вторичные энергетические ресурсы (ВЭР)* (рис. 6.2).
Под выходом ВЭР следует понимать количество вторичных энергетических ре сурсов, образующихся в данной огнетехнической установке за единицу времени. В
самом общем случае выход |
ВЭР QBBp находится _из выражения |
|
где Р — производительность |
^вэр = ^ |
вэр* |
огнетехнической |
установки по продукции, кг (м3)/с; |
|
<?вэр ~ удельный выход ВЭР, кДж/кг (м3) : ?ВЭР = эуд(/; эуд — удельное количе
ство ВЭР, отнесенное к единице продукции, кг (м3)/кг (м3); (/ — энергетический потенциал ВЭР, кД ж /кг (м3).
Для горючих ВЭР энергетический потенциал определяется их низшей тепло той сгорания и находится в соответствии с элементарным составом:
V = ЗнВЭР-
Для тепловых ВЭР U отождествляется с их энтальпией /:
в случае ВЭР, представленных жидкими и твердыми энергоносителями (на пример, горячая вода из охлаждаемых элементов металлургических печей, шлаки металлургического производства), можно записать:
i=cp (T—TQ),
где ср — весовая изобарная теплоемкость теплоносителя в интервале температур Г —Г0, кД ж /(кг-К ); Г, Г0 — соответственно температуры теплоносителя на выхо де из установки и окружающей среды;
вслучае тепловых газообразных ВЭР энергетический потенциал
*К ВЭР не относится химически связанное тепло продукта топлнвоперерабатывающих огиетехническнх установок.
85
ft- 1 изоэнтропийного расширения: и = cp2Tz; t'i = ср17Ч; T. = Ti (p2/pi) ft ; cpl, ep2_
истинные теплоемкости газов при температурах Тх и Г2.
При составлении топливных балансов промышленных предприятий наряду с часовым используется годовой выход ВЭР:
где k\ — действительный |
Фв э р год = ^ вэ р^ь |
фонд времени работы основного оборудования; коэф |
|
фициент k x выбирается |
из справочной литературы в зависимости от сменности |
производства и числа часов работы смены, а также характера производства. |
|
При двухсменной работе |
=3890—7800 ч. |
На промышленных |
предприятиях, применяющих огнетехннческне установки |
с внешним или комбинированным теплоиспользованием, довольно большая часть энергетических ресурсов высвобождается в результате использования ВЭР. Раз личают возможную, экономически целесообразную, планируемую и фактическую выработку.
Под возможной выработкой №возм понимается максимальное количеств* тепла, холода, электроэнергии или механической работы, которое может быть жолучено за счет использования ВЭР в утилизационной установке (см. табл. 6.1).
Табл. 6.1. Возможная выработка энергии за счет ВЭР [18]
|
|
|
|
|
Показатель |
|
|
Величина |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
Нефтеперерабатывающая промышленность |
|
|
||||
Возможная выработка тепла, ГДж/т сырья: |
|
|
0,117 |
||||||
переработка (первичная) |
нефти |
|
|
|
|||||
каталитический |
крекинг |
|
|
|
|
0,795 |
|||
каталитический |
риформинг |
|
|
|
0,503 |
||||
гидроочистка |
топлива |
|
|
|
|
0,922 |
|||
гидроочистка |
керосина |
|
|
|
|
0,775 |
|||
гидрокрекинг |
|
|
|
|
|
|
|
0,231 |
|
Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность |
|
||||||||
Возможный выход горючих ВЭР: |
|
|
|
0,79 |
|||||
абгаз в производстве синтетического каучука, т у. т/т каучука |
|||||||||
метано-водородная фракция производства этилена, т у. т/т этилена |
1,4 |
||||||||
отходящий газ сажевого производства, т у. т/т сажи |
|
1 ,0 |
|||||||
Возможная выработка тепла: |
|
|
|
3,36 |
|||||
производство этилена, ГДж/т этилена |
|
|
|||||||
производство |
синтетического спирта,ГДж/т спирта |
|
18,4 |
||||||
производство синтетического каучука, ГДж/ткаучука |
|
43,2 |
|||||||
|
|
|
|
|
Черная |
металлургия |
|
|
|
Возможный выход горючих ВЭР: |
|
|
|
235 |
|||||
доменное производство (доменный газ), кг у. т/т чугуна |
газ), |
||||||||
производство |
стали |
конверторным |
способом |
(конверторный |
|
||||
кг у. т/т |
стали |
|
тепла: |
|
|
|
20 |
||
Возможная выработка |
|
|
|
0,231 |
|||||
доменное |
производство |
(доменные печи и кауперы), ГДж/т чугуна |
|||||||
производство стали |
(мартеновские печи), ГДж/т стали |
|
0,915 |
||||||
прокатное производство |
(нагревательные колодцы), ГДж/т |
загото |
0,113 |
||||||
вок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прокатное производство |
(нагревательные печи), |
ГДж/т проката |
0,302 |
||||||
■роизводства |
кокса |
(установки сухого тушения кокса), ГДж/т кокса |
1,170 |
||||||
87
^1озм = • 10 в млн. кВт . ч/год, (6.4)
где T)of> "Пм, Tjo — соответственно относительный внутренний и механический КПД
турбины, |
а также |
КПД электрического генератора; эуд — удельная выработка |
|||||||
электроэнергии за счет ВЭР, кВт • ч/м3. |
|
|
|
||||||
|
Формулу (6.4) |
можно представить в виде |
|
|
|
||||
|
|
Н^озм = |
Рэудк^ |
— h) 'Пм'Пэ' 10~ 6 |
млнкВт • Ч/Г°Д» |
М |
|||
где |
Эуд — удельное |
количество |
утилизационного пара, кг/кг основной продукции. |
||||||
|
Найденные значения №Воэм |
целесообразно сопоставить с нормативными [18] |
|||||||
и приведенными в табл. 6 .1 . |
|
|
|
|
|
||||
в |
Выработка энергии за счет использования в утилизационных установках ВЭР |
||||||||
ряде |
энергоемких отраслей |
народного хозяйства |
СССР иллюстрируется |
||||||
табл. 6 .2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл. 6.2. Выработка |
энергии за счет использования ВЭР в 1980 г. [18] |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Выработка за счет ВЭР, |
Удельные ка |
|
|
|
|
|
|
|
|
питаловложе |
||
|
|
|
|
|
|
|
млн. т у. т. |
ния в утилиза- |
|
|
|
Отрасль народного |
хозяйства |
|
|
новкн, руб/т |
|||
|
|
|
|
|
|
|
возможная |
фактическая |
сэкономл. |
|
|
|
|
|
|
|
у. т. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нефтеперерабатывающая |
и |
нефтехимиче |
15,90 |
И ,78 |
|
|||
ская промышленность |
|
|
|
|
|||||
|
Черная металлургия |
|
|
|
_ |
15-20 |
8 |
||
|
Цветная металлургия |
|
|
|
2,06 |
1,45 |
50 |
||
|
Целлюлозно-бумажная промышленность |
_ |
3,67 |
38 |
|||||
|
Газовая промышленность |
|
|
3,82 |
0,31 |
— |
|||
|
Тяжелое машиностроение |
|
|
_ |
0 ,20 |
1 1 ,6 |
|||
|
Химическая промышленность |
|
6,82 |
5 |
50 |
||||
|
Считая, что капитальные |
затраты на добычу и транспортировку I т услов |
|||||||
ного топлива составляют 50 руб., а средние затраты на утилизационные установ ки — 20 руб/т у. т. (в соответствии с данными табл. 6.2 ), ориентировочный эко номический эффект от упорядочения топливно-энергетических балансов по пред приятиям отраслей народного хозяйства только за счет частичного использования ВЭР в 1980 г. составил [18]: по предприятиям нефтеперерабатывающей и нефте химической промышленности 353,4, черной металлургии 600, цветной металлургии 43,5, целлюлозно-бумажной промышленности 110,1, газовой промышленности 9,3, тяжелого машиностроения 6 , химической промышленности 150 млн. руб. Черная металлургия является наиболее энергоемкой отраслью народного хозяйства стра ны, она расходует примерно 30 % всего органического топлива, потребляемого промышленными предприятиями.
Огнетехннческне установки черной металлургии имеют низкий технологиче
ский КПД и, следовательно, |
генерируют большое |
количество тепловых ВЭР |
||
н ВЭР давления. Так, TITCXO мартеновской печн составляет 28—30 %, нагрева |
||||
тельных |
колодцев |
обжимных |
станов — 30—32 %, |
методических печен — 25— |
50% . Источниками |
ВЭР являются: топливные ВЭР — химическое тепло домен |
|||
ного газа |
(теплота |
сгорания |
доменного газа 3,7—4 МДж/м3, выход доменного |
|
газа обычно примерно 3800 м3/т кокса); химическое тепло коксовального газа (теплота сгорания в среднем 16,9 МДж/м3, выход обратного коксовального газа 300—330 мэ/т сухой шихты); тепловые ВЭР — физическое тепло отходящих ды
мовых |
газов огнетехиическнх установок, |
тепло охлаждения |
элементов |
мечей, |
|
тепло |
основной |
продукции и технологических отходов (теплота |
жидкого |
чугуна, |
|
слитков, кокса, |
агломерата, шлаков); ВЭР |
избыточного давления — избыточное |
|||
давление доменного газа составляет 0,25—0,4 МПа.
В процессе производства синтетических каучуков и спиртов, сажи и ряда нефтепродуктов образуется большое количество горючих и тепловых ВЭР. Горю чие ВЭР в качестве топлива используются для огнетехнических установок (раз личного рода печей), тепловые ВЭР — для технологических целей.
Цветная металлургия имеет мощные источники ВЭР. В себестоимости цветных металлов на долю энергозатрат приходится значительная часть (8—50 %). Основ ными источниками ВЭР являются тепловые— физическое тепло продуктов сго рания, покидающих огнетехническую установку, и шлаков, а также тепло охлаж дения элементов печей. Использование ВЭР на предприятиях цветной металлур гии сопряжено с определенными техническими трудностями (высокая запылен ность отходящих газов и химическая агрессивность — наличие в них сернистого ангидрида). Однако ВЭР цветной металлургии характеризуются высокой кон
центрацией в одном агрегате |
(до 100—150 ГДж/ч), что создает |
благоприятные |
условия для их утилизации |
и обусловливает годовой экономический эффект от |
|
их использования порядка 43,5 млн. рублей. |
горючие ВЭР |
|
В целлюлозно-бумажной |
промышленности образуются только |
|
в виде коры и древесных отходов, получаемых при окоровке, рубке и распиловке древесины, а также сульфитных и сульфатных щелоков при варке и упаривании целлюлозы. В основном процессе технологическое топливо не используется. Оно применяется для получения тепла, идущего на ведение-технологических процессов
(варка целлюлозы и упаривание щелоков, |
сушка бумаги и картона). Ежегодно |
в целлюлозно-бумажной промышленности |
расходуется примерно 1 1 млн. т у. т. |
До настоящего времени газовая промышленность расходовала большое ко личество топлива на собственные нужды, причем основным его потребителем являлись приводные газотурбинные установки. На перекачку газа затрачивалось 3—5 % транспортируемого топлива. Свыше 70 % топлива в газотурбинных уста новках выбрасывалось с выхлопными газами (температура выхлопных газов 540-690 К).
Предприятия тяжелого машиностроения расходовали примерно 6 млн. т
условного топлива. Основные |
потребители этого топлива — всевозможные |
огне- |
|
техническпе установки (плавильные, металлонагревательные, термические |
печи), |
||
характеризующиеся .высоким |
температурным уровнем |
процесса (1250— 1550 К), |
|
а следовательно, сравнительно низким технологическим |
КПД (т]техп таких |
уста |
|
новок лежит в интервале 8—30% ). В |
основном в |
технологических установках |
предприятий тяжелого машиностроения |
образуются |
тепловые ВЭР — тепло отхо |
дящих дымовых газов; охлаждающая |
электропечи |
вода, тепло отработанного |
пара кузнечно-прессового оборудования. |
|
|
К ВЭР химической промышленности следует отнести тепловые технологиче
ские отходы — тепло генераторных и сернистых газов |
(при утилизации тепла сер |
нистых газов можно получить 1,8—2,7 М Дж тепла |
на 1 т серного колчедана), |
тепло отходящих газов при производстве обесфторенных фосфатов (8— 10 МДж на 1 т получаемых фосфатов), физическое тепло отходящих газов сажевого про изводства. Использование тепловых ВЭР химического производства осуществля ется в специальных парогенерирующих котлах-утилизаторах (КУ). Выработка за счет использования ВЭР может составить 0,5 т условного топлива на 1 т исход ного условного топлива.
Так же, как при оценке выработки энергии за счет использования ВЭР в утилизирующих установках, нужно различать возможную ДВпоэм, целесообраз
ную ДВЭ„, планируемую ДВпл и фактическую ДВФ экономию исходного топлива. Используя выражения (6.2)—(6.5), запишем формулы для ДВВОзм-
При выработке тепловой энергии V?l03M в случае непосредственного использо" вания тепловых ВЭР возможная экономия
(6.6)
где 9 — коэффициент использования выработки (а представляет долю использован-
90