Главная | • Сотрудничество | • Публикации | • Написать письмо

Н.Д. Денисов-Винский
Анализ вторичного тепла промышленных предприятий и его использование


ГЛАВА №2
ВТОРИЧНОЕ ТЕПЛО ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ
§ 2.1. Общие сведения. Задача исследования
Корзина 3
купить главу | купить книгу

     На сегодняшний момент промышленные печи находят широкое распространение почти во всех отраслях промышленности. В черной металлургии в доменных печах получают чугун, в конвекторах – сталь, в прокатных цехах в печах нагревают металл перед прокаткой и термообработкой после прокатки; в цветной металлургии металл получают и перерабатывают также в печах. Печи применяются в кузнечных и термических цехах машиностроительных заводов для нагрева металла перед ковкой и штамповкой, для его термообработки, в литейный цехах – для плавки металла и сушки литейных форм и стержней; в керамической промышленности и промышленности строительных материалов – для обжига огнеупоров и керамики, обжига цементного клинкера и извести, получения заполнителей бетона; для варки стекла; в нефтеперерабатывающей промышленности – для перегонки нефти; в химической промышленности – для получения соды, аммиака, фосфатных удобрений и т.п. [3]. 

     Существует большое количество типов промышленных печей, которые могут подразделяться по технологическому назначению, по источнику тепловой энергии, по конфигурации рабочего пространства, по способу использования тепла отходящих дымовых газов и пр. В [3] приводится следующая классификация:
а) по технологическому назначению промышленные печи подразделяются на:
- плавильные, служащие для плавки материалов;
- нагревательные, служащие для нагрева металла перед обработкой давлением;
- термические, служащие для нагрева материалов с целью их термической обработки;
- обжиговые, служащие для обжига материалов;
- сушила, служащие для удаления влаги из материала или высушивания окрашенных изделий;
- печи, служащие для получения из одного продукта другого путём его перегонки;
- печи химической промышленности, служащие для нагрева материалов с целью проведения химических процессов;
б) по источнику тепловой энергии печи можно классифицировать на:
- пламенные, в которых тепловая энергия получается путём сжигания топлива;
- электрические, в которых нагрев происходит за счёт электроэнергии.
в) по способу использования тепла отходящих дымовых газов:
- рекуперативные, в которых тепло отходящих газов используется для подогрева воздуха или воздуха и газа в рекуператорах;
- регенеративные, в которых для тех же целей вместо рекуператоров применяются регенераторы;
- печи без использования тепла отходящих газов.

     Принципиальным для нас является классификация по использованию тепловой энергии печи, точнее по использованию вторичного тепла дымовых газов. По сути промышленная печь – это котёл (здесь не принципиально, водогрейный, паровой или энергетический), где вместо воды происходит нагрев либо заготовки, либо какого-либо материала, который в процессе термической обработки меняет свою температуру, свой химический состав или свойства. Если вспомнить тепловой баланс парового котла, то самые большие потери тепловой энергии происходят с дымовыми газами. С точки зрения анализа вторичного тепла промышленных печей нас будут в первую очередь интересовать пламенные печи, в которых тепловая энергия получается путём сжигания органического топлива, в большинстве случаев природного газа. Поскольку сжигание органического топлива сопровождается образованием дымовых газов, то в промышленных печах, так же как и в котельных агрегатах, основные потери тепловой энергии, а, следовательно, вторичного тепла, происходит именно с дымовыми газами. 

     В зависимости от мощностей промышленных печей они могут оснащаться рекуператорами тепловой энергии дымовых газов. Как правило температура дымовых газов после промышленных печей может достигать 500 °С и выше. Это в первую очередь связано с температурой нагрева заготовок или материала. Если конечная температура заготовки, например, для целей термообработки должна составлять 630 °С, то сложно использовать всю располагаемую теплоту, которая была получена при сжигании органического топлива и следовательно температура уходящих дымовых газов из печи будет на аналогичном температурном уровне. В каких-то случаях часть тепловой энергии дымовых газов направляется на подогрев первичного воздуха, идущего на горение, через рекуператор. Однако температура этого воздуха часто ограничивается термическими свойствами горелочных устройств. Несмотря на применение рекуператоров и регенераторов тепловой энергии на промышленных печах, температура дымовых газов после них может также достигать уровня в 300 – 400 °С и выше. Достаточно часто встречаются такие ситуации, когда к дымовым газам промышленных печей уже после рекуператора подмешивается воздух из окружающего пространства, чтобы предотвратить термическое разрушение лопаток дымососа. 

часть текста отсутствует

     В электрических печах нагрев происходит при помощи электрической энергии и, следовательно, там отсутствует горение и, как следствие, дымовые газы. Основные тепловые потери – это потери тепловой энергии через обмуровку печи. Если в электрической печи применяется нагрев какого-либо материала, который при термической обработке выделяет жидкие или газообразные вещества, то в печи предусмотрен их отвод. Однако говорить о какой-либо значимой величие вторичного тепла в электрических печах не приходится. Как правило, электрические печи применяются для более тонкой «настройки» температурного уровня нагрева материала, где разброс температуры нагрева в несколько градусов может влиять на термические процессы и, следовательно, на свойства материала после обработки. Как бы там не было газовые печи являются более экономичными по сравнению с электрическими печами.

     Как было показано выше, существует большое количество типов и разновидностей промышленных печей и разбирать здесь каждый тип просто не предоставляется возможным, тем более что большинство печей, с точки зрения технологии нагрева материала, будь то для последующей его механической обработки или нагрев с точки зрения термообработки являются в первом приближении одинаковыми. Исключения могут составлять, к примеру, печи обжига или стекловаренные печи, также рассмотренные ниже. 

часть текста отсутствует

     Для дальнейшего исследования разделим все печи, которые были исследованы автором на три группы. 

     К первой группе отнесём промышленные печи, которые служат для нагрева материала перед его обработкой, а также термические печи, основная задача которых заключается в термообработке уже готовых изделий и материалов. К этим печам можно отнести, к примеру, кузнечные печи кузнечно-прессового или кузнечно-штамповочного цеха. Печи нагревают исходную заготовку, после чего происходит её обработка, к примеру, горячая штамповка. Основная задача этих печей заключается в нагреве заготовок до определённой температуры перед их обработкой. Кузнечно-прессовые и кузнечно-штамповочные цеха относятся к группе основных цехов и имеют существенное значение в производственном процессе, так как здесь закладываются основы прочности и долговечности машин. После соответствующих операций происходит термообработка поковок в печах термообработки. Печи термообработки могут также располагаться непосредственно в цеху, где располагаются печи нагрева заготовок, могут также располагаться и в другом цеху. Термическая обработка также важна, так как ей достигается устранение крупно-зернистой структуры при нагреве и штамповке, снятию внутренних напряжений, облегчению механической обработки, получением механических свойств, заданных техническими условиями на поковку. Термической обработкой в кузнечном цехе являются: нормализация, отжиг и закалка с последующим отпуском и все операции по нагреву заготовок происходят в нагревательных печах. Размер печей для нагрева и термической обработки и, следовательно, её тепловая мощность зависит от размера нагреваемой заготовки. 

     Помимо вышеописанных типов печей предполагается также исследовать такие типы печей, как вертикальная безмуфельная печь, газовую роликовую печь, методическую печь, а также кольцевую печь. Эти типы промышленных печей менее распространены, чем вышеуказанные нагревательные печи или печи термообработки, но их мощность, как правило, на порядок больше и они представляют особый интерес с точки зрения потенциала использования вторичного тепла дымовых газов. 

     Ко второй группе предполагается отнести печи обжига клинкера предприятий по производству цемента. Стоит упомянуть, что существует два способа производства цемента: по «сухому» и по «мокрому» способу. Преимущества сухого способа заключается в более низких удельных затратах исходного органического топлива (в России в подавляющем большинстве – это природный газ) на производства основного материала цемента – клинкера, однако мокрый способ позволяет получить более однородную структуру шлама из которого в печах обжига получается клинкер. 

часть текста отсутствует

     На сегодняшний момент число цементных предприятий в России, работающих по мокрому способу производства цемента больше, чем по сухому. Это связано с тем, что стоимость строительства предприятия, работающего по мокрому способу была дешевле, чем по сухому. Однако в условиях удорожания топливно-энергетических ресурсов крупные корпорации осуществляют проекты по модернизации существующих цементных предприятий, работающих по мокрому способу производства цемента на технологию производства цемента по сухому способу. Данная модернизация не снимает проблему образования вторичной тепловой энергии уносимой как с дымовыми газами клинкерной печи, так и образующейся при охлаждении клинкера в колосниковых холодильниках при его подачи транспортёром на объединенный склад. В Европе существует множество проектов по утилизации вторичного тепла дымовых газов клинкерных печей с последующей выработкой электрической энергии на основе ORC-цикла. Ниже будет приведено описание этой технологии, а также приведены соответствующие экономические расчеты.

     В третью группу промышленных печей отнесём стекловаренные печи, которые являются основным технологическим комплексом предприятий по производству стекла, также достаточно распространённых на территории России. Несмотря на применение в стекловаренных печах регенераторов тепловой энергии дымовых газов и нагрева им воздуха, идущего на горение, температура дымовых газов остаётся на достаточно высоком уровне, что способствует уносу с дымовыми газами в атмосферу большого количества тепловой энергии. 

     В последнее время, особенно на вновь вводимых предприятиях по производству стека уже в проекте заложены системы утилизации вторичного тепла дымовых газов стекловаренных печей, основная задача которых – это нагрев воды для использования его в целях отопления и горячего водоснабжения на предприятии.


часть текста отсутствует


© Н.Д. Денисов-Винский

Line

§ 1.9. Пример использования тепла компрессорных установок | ОГЛАВЛЕНИЕ | § 2.2. Методика оценки потенциала вторичного тепла дымовых газов промышленных печей

Line


.