Охлаждение газов в поверхностных теплообменниках

Поверхностные охладители являются наиболее рациональным типом охладителей газа, так как, во-первых, не увеличивают объема охлаждаемого газа и, во-вторых, позволяют полезно использовать отдаваемое им тепло. Наилучшими и наиболее распространенными охладителями этого типа являются котлы-утилизаторы, получившие широкое распространение в металлургии. Вырабатываемый ими за счет тепла отходящих газов водяной пар используется на нужды производства или для выработки электроэнергии. В основе теплового расчета котла-утилизатора лежат уравнения теплового баланса и теплопередачи:

V _г(I ₁ – I ₂)γ = M _п(i ₂ – i ₁); (17.4)

М _п(i ₂ – i ₁) = kF Δ T _ср, (17.5)

где V _г— количество отходящих газов, м³/с; I ₁и I ₂— энтальпия газов до и после котла-утилизатора, Дж/м³; γ — коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери; М _п— количество получаемого пара, кг/с; k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); F —поверхность нагрева котла, м²; Δ T _ср — среднелогарифмическая разность температур газа и пароводяной фазы, °С; i ₁и i ₂— энтальпии воды и пара до и после котла, Дж/кг.

В случае установки типового котла-утилизатора при поверочном расчете его неизвестными являются величины М _п, I ₂ и i ₂, определяющие паропроизводительностъ котла, температуру газа за котлом и температуру перегретого пара. Расчет ведется методом последовательного приближения. Применительно к мартеновским печам Центроэнергочермет разработал типовой ряд котлов-утилизаторов (табл. 17.1).

Котлы-утилизаторы приведенного типа (рис. 17.1) широко используют и для другого типа печей при условии температуры на входе в котел не выше 850 °С и запыленности газа не выше 25 г/м³.

Рис. 17.1. Продольный разрез котла-утилизатора типа К.У-80-3: 1 — барабан котла; 2 — циркуляционный насос; 3 — предвключенный пакет; 4 — пароперегреватель; 5 — водяной экономайзер; 6 — испарительные поверхности

Таблица 17.1. Технические характеристики котлов-утилизаторов серии КУ

Тип котла- утилизатора	Расход газов, тыс. м^3/ч	Температура газа, ^оС	Паропро-изводи-тельность, т/ч	Параметры пара	Поверхность нагрева, м^2
при входе	при выходе	давление, МПа	темпера-тура, ^оС	паропере-гревателя	испари-тельная	экономай-зера
КУ-40				12,9 13,0	4,5 1,8
ку-60				19,0 12,8 19,9 13,8	4,5 4,5 1,8 1,8
КУ-80				25,8 17,3 26,9 18,4	4,5 4,5 1,8 1,8
КУ-100				32,6 21,8 33,9 23,2	4,5 4,5 1,8 1,8
КУ-125				40,8 27,4 42,4 29,4	4,5 4,5 1,8 1,8
КУ-150				50,5	4,5
КУ-100Б				32,5 22,3 17,3	1,8 1,8 1,8
Примечание. Котлы КУ-100 Б башенного типа.

Годовую экономию условного топлива АВ, получаемую в ре­зультате установки котла-утилизатора, и срок окупаемости его установки можно подсчитать по формулам

Δ В = φД_годΔ i (1 — b)·10³/29,300h_к; (17.6)

t _ок= З_к/ (a_o—a) Д_годφ, (17.7)

где φ = 0,94-0,95 — коэффициент, учитывающий расход пара на собственные нужды; Д_год — годовая выработка пара, т; Δ i — разность энтальпий перегретого пара и питательной воды, кДж/кг; b = 0,2÷0,3 —коэффициент, учитывающий ухудшение работы ТЭЦ; h _к = 0,85—0,90 — к.п.д. замещаемой котельной; З_к — капитальные затраты на установку котла-утилизатора, руб.; а₀ — стоимость 1 т пара ТЭЦ, руб.; а — стоимость 1 т пара котла-утилизатора, руб.

Для средних условий работы мартеновских печей емкостью 500 т экономия условного топлива обычно составляет около 20000 т усл. т/год, а срок окупаемости установки 1—2 года.

В цветной металлургии при высоких запыленностях газа ранее применяли газовые поверхностные холодильники (кулеры), состоящие из вертикальных труб большого диаметра (400 мм), соединенных попарно сверху и объединенных бункером снизу. Их устанавливали вне зданий на открытом воздухе. В силу естественной конвекции атмосферный воздух, омывающий трубы снаружи, охлаждает движущиеся внутри труб горячие газы. Холодильники металлоемки, требуют много места и не позволяют утилизировать тепло охлаждающего газа, поэтому в настоящее время в новых установках их не применяют.

Дата добавления: 2015-09-02