Таким чином її можна використовувати для6

- побутових потреб підприємств;

- вироблення електроенергії в спеціальних турбогенераторах;

- для вироблення холоду в абсорбційних холодильних машинах.

При використанні відпрацьованої пари безпосередньо від джерела одержання в системі обов’язково вмонтовують масловловлювач (для відділення залишку конденсату від пари) та ресивер (для згладжування пульсацій тиску).

Лекція 16

ВИКОРИСТАННЯ ФІЗИЧНОЇ ТЕПЛОТИ ВІДХІДНИХ ГАЗІВ.

Основними способами утилізації або раціонального використання теплоти відходящих газів промислових печей, котельних агрегатів є використання їх теплового потенціалу для підігріву води або повітря.

Нагрівання води до 130-150⁰С і повітря до 250⁰С можна проводити в поверхневих теплообмінниках і розраховувати згідно матеріального та теплового балансів.

Q=G₁c₁(t_1п-t_1к)= G₂c₂(t_2к-t_2п)

Ефективним є також використання котлів-утилізаторів, які встановлюють за промисловими печами середньої потужності (температура відхідних газів 400⁰С, їх витрата 5000 м³/год при витраті палива – 500-900 кг/год). В результаті можна одержати пару низького (до 1,5 МПа) і середнього тиску, яку можна використовувати не тільки для побутових потреб а і для одержання електроенергії.

На даний час існують такі види КУ:

- прямотечійні (температура відхідних газів до 400⁰С);

- змієвикові з багатократною примусовою циркуляцією (температура відхідних газів до 500 ⁰С)

- газові (температура відхідних газів до 700 ⁰С);

- водяні (температура відхідних газів до 1000 ⁰С);

Найбільш простіший з конструктивної точки зору спосіб утилізації теплоти відхідних газів з метою одержання пари невисоких параметрів є використання прямотечійного КУ з дворазовим введенням конденсату.

Tг.п - температура відхідних газів початкова;

Tг.к - температура відхідних газів кінцева;

Dп - витрата первинної пари;

Dк1 - витрата конденсату на 1 ступені;

Dк2 - витрата конденсату на 2 ступені;

D – кінцева паропродуктивність.

Згідно схеми в пароутворювач на 1 ступінь направляється первинна пара, яка змішується з певною кількість конденсату необхідною для доведення первинної пари до вологого насиченого стану (х=0,8-0,85).

Після проходження даної суміші через 1 ступінь волога насичена пара стає сухою і перегрітою за рахунок теплоти відхідних газів.

Перед в 2 ступінь вводиться друга порція конденсату, завдяки якому пара доводиться до стану насичення і на виході з 2 ступені пара стає сухою, перегрітою, але з параметрами по температурі і тиску значно вищими ніж Dп (первинна).

Паропродуктивність установки розраховується за формулою:

D=Dп + Dk1 + Dk2

Загальна кількість введеного конденсату:

Для визначення кількості конденсату необхідної на 1 складаємо тепловий баланс:

(1)

звідси визначаємо Dk1:

(2)

Доведення суміші до стану насичення:

(3)

звідси:

(4)

Прирівнюючи рівняння (2 і 4) одержимо:

Звідси співвідношення між витратою первинної пари і витратою конденсату на 2 ступені:

але поскільки співвідношення між витратою первинної пари і витратою конденсату на 1 ступені рівне:

тоді співвідношення між витратою конденсату на 1 і 2 ступені буде:

Значить продуктивність по відношенню до витрати первинної пари з врахуванням витрати конденсату буде:

Теплота відхідних газів потужних промислових печей може бути використана в газотурбінних установках, які вмонтовуються в газовий тракт з метою вироблення електроенергії і подачі палива і повітря в піч.

1,2 – турбіни; 3,4 – компресори; 5- генератор;

Таким чином в даній установці при утилізації відхідних газів комплексно вирішується питання:

- подачі підігрітого палива та повітря в піч, що покращує теплотворну здатність;

- вироблення електроенергії в генераторах за рахунок обертання турбін;

- використання залишкової теплоти відхідних газів після ТО в котлі-утилізаторі для вироблення пари середнього тиску.

Використання ВЕР дозволяє не тільки одержувати пару різних параметрів, або електроенергію, але і чистий оксид металу (наприклад СаО) в одноконтурному комплексному утилізаторі.

Продукти, які утворились в камері згорання поступають на турбіну , яка приводить в рух компресор для стиснення відхідних газів та електрогенератор для одержання електроенергії, а також турбодетандер з метою стиснення продуктів розкладу СаСО₃ .

Відхідні гази поступають в теплообмінник утилізатор в якому є насипний шар карбонату кальцію. В результаті розкладу одержується чистий оксид Са і газоподібний СО₂ , який поступає в ежектор для часткового

1-електрогенератор; 2-ГТУ (газотурбінна установка); 3-камера згорання; 4-компресор4 5-турбіна; 6-турбодетандер; 7- розподільник; 8- теплообмінник охолодження; 9- сепаратор; 10- ежектор.

стиснення.

Після ежектора СО₂ направляється в розподільник для видалення конденсату і теплообмінник охолодження 8. Охолоджений СО₂ поступає в турбодетандер в якому проходить пониження температури СО₂ нижче температури точки роси. В розподільнику проходить розділення твердої вуглекислоти і залишкових газів, які необхідні для охолодження СО₂ після сепаратора.

При утилізації відхідних газів, а особливо вентиляційних викидів на хімічних підприємствах внаслідок їх агресивності використовують обладнання з проміжними теплоносіями. Для збільшення коефіцієнту теплопередачі зі сторони газів використовують режим барботування відхідних газів через шар проміжного теплоносія. Це дозволяє:

- зменшити абразивну дію агресивних забруднених газів;

- збільшити термін служби устаткування;

- зменшити площу поверхні теплообміну.

Найбільш ефективним матеріалом для створення пінного шару є хлористий літій.

Інший спосіб використання відхідних газів проводять в двохконтурній комбінованій утилізаційній установці.

1,2 – дросельні вентилі; 3,4 – теплообмінники; 5,6,7 – насоси; 8 – теплообмінник змішування; 9 – випарник.

Згідно схеми гарячі відхідні гази поступають в теплообмінник змішування і зрошуються холодним теплоносієм, який циркулює по 1 контуру. Нагрітий газами теплоносій насосом 7 подається в т/о 3 для нагрівання води, яка може бути використана для побутових потреб.

Після проходження т/о теплоносій насосом 6 подається у випарник 9 віддаючи при цьому залишкову теплоту достатню для випаровування холодоагенту, який рухається по замкнутому 2 контуру.

Пари холодоагенту проходячи через компресор 10 стискаються ( при цьому їхня температура підвищується) і проходячи через т/о 4 нагрівають воду, яка також може бути використана для побутових потреб.

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ

ТЕРМОХІМІЧНОГО МЕТОДУ

ТРАНСФОРМАЦІЇ ТЕПЛОТИ.

Основні принципи даного методу були сформульовані ще в ХІХ ст.. Застосовувати почали в 1921 р., тобто тоді коли інженеру Кінеману були видані патенти на можливі схеми термохімічного трансформатора теплоти. В кінці 20-х на початку 30-х років ряд фірм Німеччини на основі цих патентів виготовили промислові установки, які в процесі експлуатації показали надійність і високу економічність.

В колишньому СРСР по хімічному трансформуванні теплоти досліди почали проводитись в передвоєнні роки в Москві, і було доведено що к.к.д. даних установок досягав до 85-90%.

В сонові термохімічного методу трансформування теплоти лежить закон Гесса, згідно якого ефект розкладу будь-якої хімічної сполуки рівний тепловому ефекту його утворення, але з протилежним знаком.

Тобто: хімічні молекули представляють собою механізм, в якому закладений певний запас енергії, яка зв’язує атоми в молекули, а прості молекули в більш складні.

При розкладі складної молекули на більш прості, або при утворенні більш складної молекули має місце виділення, або поглинання енергії в вигляді теплоти.

Таким чином, для термохімічного трансформування теплоти, необхідно підібрати речовину, в якої реакція розкладу проходила б з ендо (поглинанням теплоти) ефектом, а при утворенні був би екзот (виділення теплоти) ефект.

Схожість даного явища є з принципом до електротрансформатора в якому електрична енергія одного потенціалу спочатку перетворюється в магнітну, яка потім знову переходить в електричну, але вже другого потенціалу.

Так і в хімічному трансформаторі є подвійне перетворення енергії.

На першій стадії процесу теплова енергія, тобто енергія теплового руху молекул, перетворюється в хімічну. Ендо

На другій стадії хімічна енергія перетворюється в теплову при сполученні простих молекул в більш складні.

Найбільш простіше для трансформації теплоти вказані реакції проходять при випаровуванні з розчину леткого компоненту з подальшим його поглинанням.

Це означає, що при випарюванні (ендотермічна реакція) концентрація менш леткого (ВЛК) компонента в розчині зростає, при поглинанні пари розчин розбавляється, що супроводжується виділенням теплоти (ендотермічна реакція).

Значить, до розчинів (в тому числі і водяних) твердих або рідких речовин, які можуть бути використані в термохімічних трансформаторах в якості робочого тіла ставлять такі вимоги:

- реакція розбавлення розчину – екзотермічна;

- тепловий ефект реакції розкладу та утворення хімічних сполук повинен бути достатньо великий

Цим вимогам відповідають:

Водні розчини багатьох солей, лугів, кислот (в яких леткий компонент Н₂О). Наприклад: КОН, NaOH, CaCl₂

Водні розчини моногідрату (NH₄(OH) nH₂O) де летким є NH₃ і частково NH₄OH.

Механізм трансформування теплоти низького потенціалу в теплоту більш високого потенціалу в термохімічних трансформаторах будь-якого типу ілюструє схема 1.

Процес випарювання розчину і виділення з нього леткого компоненту за рахунок зовнішньої теплоти проходить в дистиляторі та генераторі, а виділення теплоти необхідного потенціалу в абсорбері в процесі поглинання пару розчином

Підвищуючий термохімічний трансформатор

По даній схемі відпрацьована вторинна пара масою D (низько потенціальні теплові ВЕР промислового виробництва) попередньо очищені при тиску Р₃ і температурі Т₃ направляються в абсорбер, в якому знаходиться розчин високої концентрації (наприклад NaOH).

Пара буде поглинатись розчином NaOH, при цьому його концентрація буде зменшуватись з виділенням теплоти (екзотермічна реакція).

Це пояснюється тим, що при абсорбції пари виділяються:

- теплота Q₃

- теплота конденсації (пароутворення) r

- теплота розчинення Q_р

Цей розбавлений розчин при температурі, яка перевищує температуру кипіння води і Р₂>Р₃ подається в теплообмінник 7 генератора 6, в якому випаровується вода при тиску Р₂.

Далі розчин насосом 2 подається в дистилятор 5, де при Р₂ випарюється за рахунок підведеної теплоти Q₁ в теплообмінник 4 в якому пара має тиск Р₁>Р₂.

Одержаний в дистиляторі сконцентрований випарений розчин через теплообмінник 3 (в якому охолоджується) і дросель 8 (який понижує тиск) поступає в абсорбер 1.

Пара з дистилятора та генератора при тиску Р₂ і Т₂ направляється споживачу з теплотою Q₂.