Особенности выбора и оценки направлений в энергосбережении и энерготехнологическом комбинировании для печей керамических производств.


При обжиге керамики одним из путей экономики топливно-энергетических ресурсов является утилизация образующихся ВЭР.
К основным носителям ВЭР в обжиговых печах можно отнести отходящие (дымовые) газы, выгружаемую продукцию и воздух отбираемый из печи при охлаждении продукции. По их виду эти ВЭР относятся к тепловым, а по энергетической ценности первые два, как правило, являются низкопотенциальными и обычно не используются, а воздух в основном применяется после его разбавления как низкотемпературный теплоноситель для сушки полуфабриката, хотя, с точки зрения энерготехнологии утилизация высокопотенциальной теплоты для обеспечения низкопотенциальных процессов нерациональна.
Как известно, эффективность решения вопросов утилизации ВЭР определяется в результате энергетического анализа тепловой установки. Для этого применительно к печам керамических производств, в основном, используется метод тепловых балансов, учитывающий ограничения только первого закона термодинамики. Недостатком этого метода является оценка энергии (теплоты) только с количественной стороны. Так, например, одинаковая энтальпия газа может быть получена при температуре 50 и 1000°С, однако, их энергетический потенциал будет существенно различаться. В то же время, в энерготехнологии нашёл широкое применение метод термодинамического анализа, основанный на учете эффективной части энергии – эксергии, которая в соответствии с обоими законами термодинамики отражает также и качество (техническую ценность) потребляемой и получаемой энергии. Несомненное преимущество термодинамического (эксергетического) метода заключается в том, что он позволяет выявить ту часть энергии, которая может быть потеряна безвозвратно (так называемые необратимые потери) в результате чего эффективность установки уменьшается, а также более рационально использовать энергию уходящих из установки тепловых потоков.
В качестве примера распределения энергии в промышленной установке приводится энергетический баланс действующей стекловаренной печи (таблица 1).
Таблица 1. Энергетический баланс стекловаренной печи производительностью 120т в сутки тарного стекла.
Статьи баланса для
варочной части печи.
Теплота
Эксергия
МДж
%
МДж
%
Энергия:
топлива
воздуха на горение
шихты

51022
25268
-

66,9
33,1
-

53603
14313
2884

75,7
20,2
4,1
Всего
76290
100,0
70800
100,0
Энергия:
стекломассы
продуктов сгорания топлива
потока теплоты через кладку
продуктов сгорания топлива, выбивающихся через отверстия в кладке и излучения

14465
42797
11117
5380



19
56,1
14,6
7,0



11481
29950
5109
3100



16,2
41,6
7,2
4,4


Потери с несгоревшей частью топлива


2290
3,0
2117
3,0
Потери от необратимости процессов:
горения топлива
теплообмена,
в том числе:
в пламенном пространстве
в кладке
Неучтенные потери


-
-

-
-
241


-
-

-
-
0,3


15010
4108

528
3580
425


21,2
5,8

0,7
5,1
0,6
Всего
76290
100,0
70800
100,0

По данным таблицы видно, что в целом дебаланс энергии по теплоте и эксергии для этой печи составляет 5490 МДж, т.е. 7,2%. Значительно меньшие потери через кладку и отверстия в ней по эксергетическому балансу показывают, что использование только теплового баланса при расчете возможности экономии топлива от тепловой изоляции печи приводит практически к двукратному завышению результатов. В то же время, согласно эксергетического баланса, более целесообразно совершенствовать процесс сжигания топлива, потери которого в тепловом балансе вообще не находят отображения. В тепловом балансе также занижается энергетическая ценность топлива, и наоборот, завышается значение потока теплоты продуктов сгорания, уходящих из печи. В тоже время, это не значит, что величины указанных статей теплового баланса определены неправильно, а указывает, что техническая ценность одного и того же потока теплоты не одинакова.
Таким образом, на данном примере видно, что эксергетический метод более точно раскрывает энергетическую эффективность тепловых процессов, поэтому его следует использовать и для печей керамической промышленности.
Энергетический анализ различных топливосжигательных установок показывает, что основные потери от необратимости наблюдаются при сжигании топлива и теплообмене в самой установке. Оптимизация этих процессов в современных печах осуществляется путём подогрева воздуха на горение и использования для кладки печей материалов с высокими теплоизоляционными свойствами. Однако, другие эффективные методы (например, импульсно-взрывное горение топлива, обогащение воздуха кислородом и пр.) для керамических печей ещё не нашли практического применения.
Техническое использование ВЭР может быть рассмотрено по опыту работы предприятий химической промышленности на примере комбинированной установки - энерготехнологического агрегата (ЭТА) энергетический К.П.Д. которого выше, чем в таких же производствах, построенных только по технологическому принципу. Например, в производстве аммиака внедрение ЭТА позволило отказаться от потребления энергии со стороны и существенно снизило себестоимость продукции.
Наглядным примером эффективности ЭТА может служить также простейшая утилизационная установка с печью «кипящего» слоя для обжига колчедана и котлом-утилизатором в производстве серной кислоты, которая позволяет получить помимо основного продукта электроэнергию и пар на производственные нужды. В данном ЭТА утилизируется теплота уходящих из печи газов с температурой 8000С, которая вполне сопоставима с температурой воздуха, отбираемого из зоны охлаждения печей керамической промышленности.
В керамическом производстве энерготехнологический агрегат может быть создан на базе обжиговой печи. Схема такого ЭТА может предусматривать следующие направления утилизации ВЭР:
- понижение температуры отходящих газов (продуктов сгорания природного газа) до точки росы (т.е. приблизительно до 530 С) для получения водяного конденсата и подогрева воды на технологические или энергетические нужды;
- охлаждение выгружаемой продукции для первоначального подогрева воздуха на горение или сушки полуфабриката;
- отбор воздуха из печи с максимальной температурой для комплексного использования данного ВЭР;
- смешивание высокопотенциальных и низкопотенциальных потоков и получение общего потока с достаточным потенциалом для его технического использования.
При решении вопросов технического использования ВЭР в керамической промышленности путём включения обжиговой печи в схему ЭТА основной задачей следует считать утилизацию теплоты всех потоков, покидающих печь, причем, в первую очередь, высокопотенциальной теплоты, например, по следующей общей схеме:
поток А. Воздух из зоны охлаждения печи – котел (утилизатор) – воздухоподогреватель (охлаждение воздуха) – сушилка – выброс в атмосферу;
поток Б. Воздух при внепечном охлаждении продукции – воздухоподогреватель (нагревание воздуха - первая ступень) – топливосжигающие устройства;
поток В. Дымовые газы – конденсатор водяных паров – выброс в атмосферу;
поток Г. Пар из котла (утилизатора) – паровая турбина – электрогенератор;
поток Д. Пар из паровой турбины – воздухоподогреватель (нагревание воздуха - вторая ступень) – паровой калорифер – конденсат.
Вода и конденсат, получаемые по данной схеме, могут использоваться как после их смешивания, так и раздельно в технологических, энергетических или бытовых целях, а тёплый воздух из калорифера на сушку или отопление.
Следовательно, по данной схеме можно получить:
а) электроэнергию для обеспечения работы электрооборудования производства;
б) подогретый воздух для сжигания топлива в печи;
в) паровой конденсат для приготовления шликеров и глазури;
г) нагретую воду и воздух для нужд производства.
Немаловажным является также уменьшение тепловых выбросов в атмосферу.
Энергетическая ценность каждого потока утилизационной схемы определяется по его эксергии, а эффективность процесса утилизации их ВЭР – по эксергетическому коэффициенту полезного действия каждого элемента схемы и в целом всего ЭТА. Целесообразность выбранных направлений и схем утилизации проверяется термодинамическим анализом выбранной схемы. При этом общая энергетическая эффективность всего ЭТА может быть повышена не только за счёт оптимизации процессов непосредственно в обжиговой печи, но и изменением параметров утилизируемых продуктов и отходов.
В целом оценка энергетической эффективности обжиговых печей с применением эксергетических расчётов создает основу для дальнейшего совершенствования их конструкции, повышения производительности и экономии топливно-энергетических ресурсов, а также в результате энерготехнологического комбинирования создание энерготехнологических агрегатов, что следует считать перспективным направлением в энергосбережении для керамических производств.


тел. +380 95 504 89 68                             С. В. Попов.

Директор

Директор
Котляров Олексій Володимирович



Nick Kamnev - 2000-2017 All Rights Reserved