Учебное пособие по дисциплине «Энергосбережение в промышленных печах» для бакалавров направления 5310100 «Энергетика

Рис. 1-16. Различные схемы использования твердого топлива в печах.


Бурый каменный уголь перед сжиганием подвергается дроблению с одновременным удалением мелочи по­средством грохочения. В отдельных случаях измельченное твердое топ­ливо смешивается с обжигаемым продуктом. Это топливо в процессе обжига выгорает. Количество тепла, выделяемого при этом, достаточно для быстрого нагрева продукта. Такой способ широко применяется при производстве строительных материалов: строительного глиняного кир­пича, цементного клинкера и пр.
По второй схеме каменноугольное топливо после предварительной подсушки и дробления подвергается более глубокой механической пере­работке— размолу в мельницах, после чего угольная пыль сжигается в печи при помощи пылеугольных горелок.
По третьей схеме твердое топливо подвергается химической пере­работке в горючий газ (газификации, полукоксованию, коксованию). К такой переработке приходится прибегать при необходимости приме­нять низкосортное или влажное топливо, так как при непосредственном сжигании таких топлив в печах невозможно достигнуть требуемых вы­соких температур. Кроме того, при газовом отоплении можно освобо­диться от большого штата истопников-кочегаров (что особенно важно при разбросанности печей в цехах), легко автоматизировать процессы, улучшить гигиену труда, повысить общую техническую культуру пред­приятия. Однако нужно считаться с тем, что с самой переработкой в газ связаны потери тепла (в среднем 30%), и поэтому при большом концентрированном потреблении топлива иногда целесообразнее, отка­завшись от предварительной переработки твердого топлива в газообраз­ное, сжигать его непосредственно в печах.
По четвертой схеме твердое топливо сжигается под котлами тепло­вой электрической станции. Часть химической энергии топлива в резуль­тате сложного процесса превращается в электрическую энергию, кото­рая используется в электрической печи. Выработанная электроэнергия многократно трансформируется: сначала напряжение повышается для передачи на большое расстояние — до районной понизительной под­станции, затем снова понижается (до 380—500 в и более) и с этим напряжением электроэнергия подводится к электрическим печам. Прин­ципиальные схемы электрических печей рассмотрены ниже. В зависимо­сти от типа печи возможна дополнительная трансформация электричес­кой энергии с сохранением или с повышением частоты тока с 50 до 10 000 гц и более (при индукционном нагреве). При каждой трансфор­мации теряется часть энергии: в мощных печах 2—4%, в менее мощных печах 4—5%, в преобразователях до 10—15%. Общие электрические потери могут быть весьма большими. Коэффициент полезного действия -сети от электрического генератора до электротермической установки составляет величину порядка 0,80—0,85. Устройство самой электричес­кой паротурбинной станции довольно сложно. Для повышения тепловой экономичности паровые котлы строятся на высокие параметры пара (140 бар и 565°С), а также на сверхкритические параметры пара (300 бар и 580^СС). В настоящее время строятся главным образом круп­ные конденсационные электростанции мощностью 1 200—2 400 тыс. квт и выше, имеющие хорошие технико-экономические показатели. Строи­тельство таких станций позволяет снизить расход условного топлива на отпущенный киловатт-час до 310—360 г/квт∙ч и повысить к. п. д. до _э.с —0,45. При работе котлов и турбин на сверхвысоких начальных параметрах к. п. д. возрастает до 40% и более. На ТЭЦ, рас­положенных в городах и при крупных заводах, благодаря применению теплофикационного цикла общее полезное использование топлива повы­шается до 45—60%.
В электрических печах электрическая энергия превращается в тепло, передаваемое нагреваемому материалу. Этот процесс также связан с потерями энергии. Общий к. п. д. электрической печи выражается произведением:
_э.п = _т _эл,
где _т — тепловой к. п. д. печи; _эл — электрический к. п. д. печи.
Сложность описанных схем возрастает от первой к последней. Са­мой простой является первая схема. Затраты на постройку печей для непосредственного сжигания твердого топлива в слое минимальны. Затраты на содержание персонала невелики при использовании природ­ного газа и мазута, так как в этом случае топочные процессы нетрудоемкие и могут быть легко автоматизированы. При слоевом сжигании твердого топлива трудоемкость топочных процессов велика, их трудно автоматизировать, и поэтому расход на рабочую силу может быть весь­ма значительным. Остальные схемы требуют более значительных капи­таловложений и большего расхода материалов и труда на строитель­ство пылеприготовительных, газогенераторных установок и электричес­ких станций, а поэтому труднее осуществимы.
Экономически наивыгоднейшим вариантом использования твердого топлива является тот, при котором обеспечивается наиболее рациональ­ное с народнохозяйственной точки зрения соотношение между капи­тальными затратами, связанными с сооружением печи, и эксплуатацион­ными расходами. При этом необходимо иметь в виду, что вариант, тре­бующий наибольших затрат, может оказаться выгодным лишь в том случае, если перерасход капиталовложений достаточно быстро окупа­ется экономией на эксплуатационных расходах (в частности, экономией топлива). Обязательным условием при выборе варианта является воз­можность обеспечения правильного развития технологического процесса (получение продукта требуемого качества), надежности работы и доста­точной гигиены труда. Экономические сравнения целесообразно произ­водить лишь для вариантов, в равной мере удовлетворяющих этим условиям.
Следует отметить, что при сопоставлении экономичности эффект от изменения способа тепловой обработки следует брать не только для данного участка производства, но и для сопряженных с ним участков. Например, если рассматриваются два варианта нагрева стальных заго­товок перед штамповкой, первый — в обычных, пламенных печах, а вто­рой— электрический высокочастотный, то нельзя забывать, что при быстром индукционном нагреве практически не получается окалины, а у молотов это увеличивает срок службы дорогостоящих штампов. Стало быть, во втором варианте следует учесть также сокращение рас­ходов на изготовление штампов.