8677

51

кондиционирования воздуха в производственных помещениях. Другим методом достижения более равномерного потребления отработавшего пара является его комплексное использование для теплоснабжение и выработки электроэнергии.

Установка конденсатных турбин низкого давления ("мятого" пара) требует значительных капиталовложений, в то время как удельная выработка электроэнергии таких турбин невелика. Кроме того, турбины, не загруженные полностью (по расходу пара) резко ухудшают свои технические показатели.

Как показали проведенные исследования, использование низкопотенциального пара для выработки электрической энергии экономически целесообразно на крупных заводах, располагающих большими количествами пара от вторичных энергоресурсов.

1- паровой молот; 2 - набивкоуловитель; 3 - маслоотделитель; 4 - пароструйный компрессор; 5 - редуктор; 6 - предохранительный клапан; 7 - паромер; 8 - потребитель пара низкого давления; 9 - потребитель пара повышенного давления.

Рис. 10. Использование отработавшего пара молотов с помощью струйных компрессоров

52

Рис. 11. Использование вторичного пара с помощью струйных компрессоров.

а) использование пара вторичного вскипания промышленного конденсата

б) использование вторичного пара испарительной установки 1 - теплообменник; 2 - па-

роструйный компрессор; 3 - отопительный прибор; 4- конденсатоотводчик; 5 - конденсатный бак; 6 - испаритель; 7- насос.

8.3 Использование теплоты промышленного конденсата.

Промышленный конденсат всегда имеет высокую температуру, как правило, выше 100 ° С . Для экономичной работы системы и обеспечения безопасного режима эксплуатации оборудования необходимо снизить температуру конденсата, поступающего в сборный бак до tк ≤ 100 ° С. Ниже рассмотрены некоторые схемы использования тепла промышленного конденсата (рис.12).

53

Рис.12. Схема использования тепла производственного конденсата а - поверхностный охладитель конденсата; б - поверхностный конденса-

тор пара вторичного вскипания; в - смешивающий конденсатор пара вторичного вскипания; г - расширитель-сепаратор; 1 - паровой теплообменник; 2 - конденсатоотводчик; 3 - охладитель конденсата; 4 - конденсатосборных бак; 5 - предохранительный гидрозатвор; 6 - насос; 7 - поверхностный конденсатор; 8 - смешивающий конденсатор; 9 - расширитель-сепаратор; 10 - отопительный прибор.

Теплота конденсата отбирается или в водяном теплообменнике, установленном на конденсатопроводе (рис. а) или в конденсаторе вторичного вскипания (рис б и в).

Если в цехе имеется пар двух давлений р1 и р2 , возможна установка на конденсатопроводе расширителя-сепаратора (рис. г). Горячий конденсат в расширителе частично вскипает (см.) и образовавшийся пар поступает в отопительную систему. Оставшийся в расширителе конденсат, охлажденный до

54

температуры tн2 , поступает в сборный бак. Возможно также использование пара вторичного вскипания, полученного из промышленного конденсата с помощью пароструйного компрессора. Ранее было дано описание этой схемы

(рис а).

Теплота конденсата, как видно из схем, обычно используется на цели теплоснабжения: отопительно-вентиляционные системы, горячее водоснабжение производственных и санитарно-бытовых потребителей тепла.

8.4. Использование теплоты горячей воды охлаждающих устройств.

Некоторые производственные агрегаты во время работы выделяют большое количество тепла, которое должно быть отведено для поддержания нормального технологического процесса. Обычно в качестве охлаждающего агента применяют воду. Охлаждающая вода требуется для работы промышленных печей, различных конденсаторов поверхностного и смешивающего типа, многоступенчатых компрессоров, двигателей внутреннего сгорания и т.п. Наибольшее количество охлаждающей воды требуют промышленные печи.

Вода в печах, пройдя систему охлаждения, сбрасывается в дренаж или направляется в систему оборотного охлаждения. В обоих случаях со сбросной горячей водой теряется значительное количество тепла.

На крупных металлургических заводах эта потеря составляет 25-45 МВт. В ряде случаев охлаждающая вода бывает загрязнена производственными примесями (кислоты, щелочи, взвешенные частицы и т.п.). Поэтому вопрос об использовании воды должен решаться после тщательного анализа и ее состава.

Неочищенную охлажденную воду нагревают в печах до температуры не выше 35-40 ° С из-за возможного выпадения накипи при более высоких температурах. Это приводит к завышенным расходу охлаждающей воды и затрате энергии на ее перекачку. Подогрев охлаждающей воды до 70-95 ° С может быть

55

допущен при незначительном содержании солей карбонатной жесткости (мягкая природная вода или химически умягченная).

Следует помнить, что использование тепла сбросной охлаждающей воды определяется в основном ее температурой: чем ниже температура, тем меньше возможностей утилизировать тепло воды. Характер использования сбросной воды определяется ее количеством, а также тепловой схемой промышленного предприятия.

Рис. 13. Схема использования теплоты горячей воды 1 - промышленная печь; 2 - охладитель воды (градирня); 3 - сборный бак; 4 - потребители горячей воды; 5 - пароводяной подогреватель; 6 - отопительный прибор; 7 -насос;

I - пар;

II - конденсат;

III - добавка воды.

На рис. 13 показана схема использования тепла охлаждающей воды. Часть воды, нагретой в промышленной печи, непосредственно разбирается потребителем 4. Другая часть, пройдя через подогреватели 5 и отдав тепло в отопительных приборах 6, возвращается в систему охлаждения. Для поддержания теплового баланса установки часть воды направляется в охладитель 2.

Вряде случаев целесообразно использовать нагретую воды для теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей - парниково-тепличного хозяйства.

Всредней полосе России для обогрева теплиц и парников может быть использована горячая вода с температурой 40-60 ° С, а для прогрева грунта - 30-40 ° С. График использования горячей воды для овощеводства имеет сезон-

56

ный характер, но более благоприятный, чем отопительно-вентиляционный. Так, тепловая нагрузка теплично-парниковых установок в апреле составляет 40%, а в мае соответственно 20% от максимально расчетной.

В заключение следует отметить и весьма прогрессивный метод использования тепла охлаждающей воды путем перевода производственных агрегатов на охлаждение кипящей водой (рис.14).

Рис.14 Схема с испарительным отводом тепла от производственного агрегата.

1- источник производственного тепла; 2 - испаритель (сепаратор); 3 - турбогенератор; 4 - конденсатор; 5 - питательный бак; 6 - потребитель пара; 7 - насос

57

Поступающая из производственного агрегата 1 (печь и т.п.) охлаждающая вода в испарителе-сепараторе частично испаряется. Полученный пар может быть направлен к потребителю тепла 6 или в турбину низкого давления 3 для выработки электроэнергии.

Так как для подогрева и испарения 1 кг охлаждающей воды требуется около 2500 кДж, расход ее через агрегат сокращается примерно в 20 раз по сравнению с водяным охлаждением, где перепад энтальпии воды составляет i = c t = 4,19 · 30 = 125 кДж/кг.

Выход пара при испарительном охлаждении металлургических печей составляет 0,17-0,22 т на 1 т чугуна. Давление полученного пара достигает следующих величин:

Перспективной является схема испарительного охлаждения мартеновских печей с давлением пара до 4,0 МПа и в комплекте с котламиутилизаторами.

9. Расчет тепловых параметров сетей

Любой трубопровод, по которому осуществляется транспортирование теплоносителя защищается тепловой изоляцией, чтобы не выбрасывать тепло на ветер в буквальном смысле.

Чем более эффективна тепловая изоляция, тем меньше будет температура наружной поверхности тепловой изоляции, тем меньше будут потери тепла в окружающую среду. Но как бы мы не увеличивали эффективность тепловой изоляции – температура на ее поверхности всегда будет

58

выше температуры окружающего воздуха, а поэтому будут иметь место потери в окружающую среду.

Поэтому в задачу теплового расчета входит решение следующих вопросов в зависимости от их актуальности:

1.Определение тепловых потерь теплопровода

2.Расчет падения температуры теплоносителя вдоль теплопровода вследствие наличия теплопотерь, что особенно важно для паропроводов, т.к. большое значение имеет температура пара, подаваемого для технологических нужд, и, кроме того, при охлаждении пара образуется конденсат, который необходимо своевременно отводить из паропровода.

3.Расчет температур изоляции и грунта – при подземной бесканальной прокладке теплопровода; воздуха в канале и поверхности стен канала

– при подземной прокладке в каналах; температур изоляции при открытой прокладке трубопроводов.

4.Выбор оптимальной толщины тепловой изоляции.

Количество теплоты, проходящей в единицу времени через цепь последовательно соединенных термических сопротивлений, определяется

по формуле

q= (τ – t o)/R

τ- to = qR;

R = (τ – t o)/q

где q – удельные тепловые потери теплопровода; τ – температура теплоносителя, ° С

to – температура окружающей среды, ° С;

R – суммарное термическое сопротивление стенки трубы и тепловой изоляции теплопровода.

При тепловом расчете тепловых сетей приходится обычно определять тепловые потоки через слои и поверхности цилиндрической формы.

59

Удельные тепловые потери и термические сопротивления относят обычно к единице длины теплопровода и измеряют их, соответственно, в Вт/м и м·К/Вт.

В изолированном трубопроводе, окруженном наружным воздухом, теплота должна пройти через четыре последовательно соединенных сопротивления: внутреннюю поверхность трубы, стенку трубы, слой изоляции и наружную поверхность изоляции. Суммарное сопротивление равно арифметической сумме последовательно соединенных сопротивлений:

R = Rв + Rтр + Rи + Rн

где Rв, Rтр, Rи, Rн – термические сопротивления внутренней поверхности трубы, стенки трубы, слоя изоляции и наружной поверхности изоляции.

Визолированных теплопроводах основное значение имеет термическое сопротивление слоя изоляции.

Втепловом расчете встречаются два вида термических сопротивле-

ний:

а) сопротивление поверхности; в рассмотренном примере Rв и Rн; б) сопротивление слоя; в рассмотренном примере Rтр и Rн

9.1. Термическое сопротивление поверхности.

Как известно из курса «Теплопередача», термическое сопротивление цилиндрической поверхности

R = 1/(πdα),

где πd – площадь поверхности 1 м длины теплопровода, м2; α – коэффициент теплоотдачи от поверхности.

Диаметр теплопровода при тепловом расчете является заданным. Коэффициент теплоотдачи α от наружной поверхности теплопровода к окружающему воздуху является суммой двух слагаемых – коэффициента теплоотдачи излучением αл и коэффициента теплоотдачи конвекцией αк:

α = αл + αк.

60

Коэффициент теплоотдачи излучением αл может быть подсчитан по формуле Стефана-Больцмана

где С – коэффициент излучения;

t - температура излучающей поверхности, ° С

Коэффициент излучения абсолютно черного тела, т.е. поверхности, которая поглощает все падающие на нее лучи и ничего не отражает, Сч = 5,7 Вт/(м2·К4) = 4,9 ккал/(ч·м2·К4).

Коэффициент излучения «серых» тел, к которым относятся поверхности голых трубопроводов, изоляционных конструкций и т.п., имеет значение 4,4-5,0 Вт/(м2·К4) = 3,8 - 4,3 ккал/(ч·м2·К4). Коэффициент теплоотда-

Эта формула действительна при ω > 1 м/с и d > 0,3 м.

Для определения коэффициента теплоотдачи необходимо знать температуру поверхности. Так как при определении тепловых потерь температура поверхности теплопровода обычно заранее не известна, задача решается методом последовательных приближений. Предварительно задаются коэффициентом теплоотдачи наружной поверхности теплопровода α, определяют удельные потери q и температуру поверхности t, проверяют правильность принятого значении α.

При определении тепловых потерь изолированных теплопроводов можно проверочного расчета не производить, так как термическое сопро-