Вторичные энергоресурсы

Если необходим нагрев воздуха для печи до высокой температуры, то конвективная часть котла может отпасть, и он превратится в чисто экранный котел (котел-шлакогранулятор).

Такие котлы целесообразно  применять в ряде предприятий  химической промышленности, например, для предприятий с сернокислым производством, в которых производственный процесс требует промежуточного охлаждения сернистых газов с 1100 до 400° С. В таких предприятиях котлы-утилизаторы могут заменять собой промежуточные поверхностные воздушные или водяные охладители.

До сих пор применяемые  способы использования физического  тепла отходящих горячих газов  промышленных печей в основном не затрагивают устройства и режимов  работы самих печей, а только дополняют  их теми или другими теплоиспользующими устройствами.

В то же время начинает применяться также комбинированное  использование тепла отходящих газов в производственных нагревателях и энергетических теплоиспользующих установках, которое обеспечивает более рациональное энерготехнологическое использование тепла этих газов.

К предложенным до настоящего времени схемам такого комбинированного энерготехнологического использования тепла отходящих газов относятся, например, схема с установкой парового котла-утилизатора в «рассечку» с хвостовым рекуператором сталеплавильной печи; схема плавильного агрегата с размещением непосредственно за плавильной камерой парового котла-шлакогранулятора экранного типа и с делением хвостового рекуператора на три ступени с расположением между ними пароперегревателя и водяного экономайзера; схемы с газотурбинными установками, встраиваемыми в газовый тракт мощных промышленных печей (коксовых, доменных, сталеплавильных).

Применение подобных встроенных газотурбинных установок (ВГТУ), вырабатывающих электроэнергию, представляется, бесспорно, целесообразным тогда, когда избыточное давление энергоносителя (газа), используемое в этих турбинах, необходимо по технологическим условиям, например в доменных печах повышенного давления.

Возможно, также применение ВГТУ за крупной мартеновской печью для использования тепла отходящих газов комбинированно с паровым котлом-утилизатором. При этом через воздушную и газовую турбину ВГТУ пропускаются воздух и газ, направляемые в печь для сжигания.

В остальных случаях  ВГТУ, по-видимому, будут уступать по экономичности паросиловым установкам с котлами-утилизаторами, наиболее эффективно использующими в таких случаях физическое тепло отходящих печных газов.

В каждом частном случае необходим технико-экономически обоснованный выбор наиболее рационального варианта использования физического тепла отходящих газов промышленных печей.

3.4 Использование пара котлов-утилизаторов.

 Возможны следующие  варианты использования пара, получаемого  в котлах-утилизаторах:

1) для теплоснабжения  потребителей;

2) для выработки электроэнергии при раздельном энергопроизводстве;

3) для комбинированного  энергопроизводства, т. е. выработки  теплофикационной электроэнергии на базе тепловых нагрузок.

В каждом из перечисленных  вариантов использования пара котлов-утилизаторов получается экономия топлива на соответствующей заменяемой энергетической установке, работающей на топливе.

1-й вариант. Использование  пара котлов-утилизаторов для  теплоснабжения потребителей.

На рис. 3-4 показана схема  использования пара котлов-утилизаторов для теплоснабжения потребителей. Котлы-утилизаторы 1 покрывают тепловую нагрузку, конденсат которой возвращается питательными насосами 2 обратно в котлы-утилизаторы.

Рис. 13-4. Схема использования  пара котлов-утилизаторов для теплоснабжения потребителей.

Рис. 13-5. Схема использования  пара котлов-утилизаторов для выработки конденсационной электроэнергии

2-й вариант. Использование  пара котлов-утилизаторов для  выработки конденсационной электроэнергии.

Рис. 3-5 изображает схему  использования пара котлов-утилизаторов для выработки конденсационной электроэнергии. Пар из котлов-утилизаторов 1 поступает в конденсационную турбину 2 генераторного агрегата. Питательные насосы 3 подают конденсат в котлы-утилизаторы.

3-й вариант. Использование  пара котлов-утилизаторов для комбинированного энергопроизводства.

Данный вариант предполагает наличие местной ТЭЦ с котлами-утилизаторами, работающей с комбинированным энергопроизводством.

На рис. 3-6 показана соответствующая  схема использования пара котлов-утилизаторов для комбинированного энергопроизводства. Пар из котлов-утилизаторов 1 поступает в турбину с противодавлением 2 генераторного агрегата ТЭЦ, вырабатывающего теплофикационную электроэнергию. Отработавший в турбине пар подается тепловым потребителям 3, конденсат от которых направляется питательными насосами 4 в котлы-утилизаторы.

В каждом из рассмотренных  выше вариантов необходимо, чтобы  годовая экономия топлива от использования вторичных энергоресурсов обеспечивала окупаемость соответствующих дополнительных капитальных затрат сравнительно с вариантом без использования вторичных энергоресурсов в допустимый срок.

Рис. 3-6. Схема использования  пара котлов-утилизаторов для  комбинированного энергопроизводства

Как показывает анализ рассмотренных  выше вариантов использования пара котлов-утилизаторов, наименее рациональным оказывается, как правило, вариант с использованием пара котлов-утилизаторов только для выработки конденсационной электроэнергии.

Выбор того или другого  варианта использования пара котлов-утилизаторов в каждом частном случае должен быть экономически обоснован применительно к местным условиям энергопотребления и энергоснабжения.

При решении задачи использования  пара котлов-утилизаторов за промышленными печами действующих предприятий возможны два случая:

1) на предприятии нет еще паровых котлов-утилизаторов;

2) на предприятии имеется  установка с котлами-утилизаторами,  пар которых используется только для теплоснабжения местных потребителей.

В первом случае выбор  варианта оптимального использования  пара проектируемых котлов-утилизаторов должен производиться аналогично соответствующему выбору для новых проектируемых предприятий, рассмотренному выше.

Во втором случае фактически уже реализованный вариант использования  пара действующих котлов-утилизаторов должен быть сопоставлен с вариантом комбинированного энергопроизводства на базе имеющихся тепловых нагрузок этих котлов-утилизаторов в добавочном генераторном агрегате с турбиной типа П. При этом в некоторых случаях может оказаться целесообразной замена уже действующих котлов-утилизаторов с низкими начальными параметрами пара.

При использовании пара котлов-утилизаторов для комбинированного энергоснабжения в ряде случаев может оказаться целесообразным применение тепловых трансформаторов, в частности — для замены длительно работающих РОУ на ТЭЦ с котлами-утилизаторами.

3.5 Использование отработавшего производственного пара и пара испарительного охлаждения промышленных печей

Отработавший производственный пар отходит из производственных агрегатов пластической обработки  металлов при давлении порядка 1,3—1,5 ата. После механической очистки от масла и других примесей отработавший пар должен использоваться в первую очередь для соответствующего покрытия отопительно-вентиляционных, бытовых и других тепловых нагрузок.

Рис. 3-7. Схема использования отработавшего производственного пара для теплоснабжения потребителей.

Рис. 3-8. Схемы  использования отработавшего производственного пара для выработки электроэнергии: а — с агрегатом МК; б — с агрегатом КК.

Возможны вообще три  основные варианта использования отработавшего производственного пара:

1) только для теплоснабжения  потребителей (рис. 3-7);

2) только для выработки  электроэнергии (рис. 3-8);

3) в первую очередь  для теплоснабжения потребителей, в остальной части для выработки  электроэнергии (рис. 3-9).

Рис. 13-9. Схемы  комплексного использования отработавшего производственного пара: а– с агрегатом МК; б — с агрегатом КК.

Рис. 3-10. Схема  использования отработавшего производственного пара в агрегате ТЭЦ типа КОО.

На рис. 3-7, 3-8, 3-9 и 3-10: 1 – производственные агрегаты пластической обработки металла; 2 – механический масло-очиститель пара от масла и других примесей; 3 – тепловые потребители; 4 – турбина МК; 5 – турбина КК; 6 – добавочный источник свежего пара для агрегата КК (котел-утилизатор); 7 и 8 – тепловые (пароводяные) аккумуляторы.

При резких колебаниях в  количествах потребляемого производственными  агрегатами пара применяется установка пароводяных аккумуляторов 7 и 8. При отсутствии таких колебаний, но при несоответствии режимов отходов отработавшего пара и тепловых нагрузок 3 и для выравнивания нагрузки агрегатов типа МК устанавливается только тепловой аккумулятор 8.

Установка с агрегатами МК или КК должна располагаться в  непосредственной близости к соответствующему цеху пластической обработки металла.

На рис. 3-10 показана схема  использования отработавшего производственного  пара в агрегате ТЭЦ типа КОО. Цифрой 9 обозначен агрегат КОО; 10 — котельный агрегат ТЭЦ.

В то же время использование  отработавшего пара для теплоснабжения не требует дополнительных капитальных затрат.

Поэтому использование  отработавшего пара для теплоснабжения во всех случаях является рациональным, тогда как использование остальной части этого пара для выработки электроэнергии в каждом частном случае должно быть экономически обосновано.

Применение варианта с использованием отработавшего  пара для выработки электроэнергии оказывается рациональным, если 

где – допускаемый срок окупаемости, примерно 8 лет; – дополнительные капитальные затраты на установку с агрегатом МК мощностью Р_МК (или с агрегатом КК, мощностью Р_кк); – превышение ежегодных прямых расходов по варианту без использования отработавшего производственного пара по сравнению с вариантом использования отработавшего пара для выработки электроэнергии.

Рис. 3-11. Схема  повышения давления отработавшего производственного пара для теплоснабжения потребителей: а — с помощью струйного компрессора; б — с помощью механического компрессора.

Во многих случаях  может оказаться рациональной установка  тепловых трансформаторов, повышающих давление отработавшего пара и позволяющих покрывать этим паром также тепловые нагрузки, требующие пара более высокого давления, чем давление отработавшего пара.

Соответствующие схемы  повышения давления отработавшего производственного пара с помощью тепловых трансформаторов показаны на рис. 3-11.

Схема с пароструйным компрессором 1, показанная на рис. 3-11, а, применима вообще только при наличии второго источника 2 пара более высокого давления р_р, чем давление отработавшего пара р_о.п, например местного котла-утилизатора или расположенной вблизи промышленной ТЭЦ.

При отсутствии же такого второго источника пара для питания  теплового трансформатора следует применять механический компрессор с электродвигателем 1, схема включения которого в установку для повышения давления отработавшего пара "изображена на рис. 3-11, б.

Использование пара испарительного охлаждения промышленных печей. В настоящее время как в действующих, так и, в особенности, в проектируемых предприятиях все шире применяется вместо водяного охлаждения металлургических печей испарительное охлаждение, более надежное и экономичное. При этом получаемый пар представляет собой более эффективный по возможностям использования вторичный энергоресурс, нежели нагретая охлаждающая вода. Установками испарительного охлаждения уже оснащены сотни мартеновских и десятки нагревательных печей.

Испарительное охлаждение рационально применять в печах, производственные процессы которых  связаны со сжиганием топлива  или выделением тепла при тех  или других технологических реакциях. В таких печах необходим отвод  тепла от высокотемпературной среды.

Как показывает табл. 3-1, количества тепла, отводимые охлаждающими системами из различных печей, являются очень значительными. Наиболее эффективно тепло охлаждения печей может быть использовано при непосредственном получении из системы охлаждения пара более высокого давления.

Первые установки испарительного охлаждения по системе Гипростали работали при давлении пара 0,3–4 ата. В течение последних лет установки испарительного охлаждения мартеновских печей проектируются с давлением 12–19 ата, а для нагревательных печей, как правило, с давлением 19 ата. В новых проектах Гипростали давление пара в установках испарительного охлаждения повышается до 40 ата.