Тепловое аккумулиров ание энергии

Вторичное использование внутренней энергии горячих твердых продуктов

Другой областью промышленного применения ТАЭ являет­ся утилизация внутренней энергии горячих твердых тел — продуктов периодических процессов печей обжига и других нагревательных устройств.

Хотя сушка и предварительный нагрев материалов, пред­назначенных для дальнейшей обработки в кирпичной и кера­мической отраслях промышленности путем аккумулирования тепла печей обжига, могут представлять интерес с точки зре­ния экономии энергии, обычно это нерентабельно из-за боль­шой длительности цикла таких установок (до нескольких суток).

Возможно вторичное использование тепла процесса сухого охлаждения кокса (СОК) [5.10, 5.11]. Уголь по этому методу коксуется в горизонтальных муфельных печах; в конце опе­рации коксования кокс выгружается из печи при температуре ~1000°С. Так как коксовая батарея состоит из большого числа печей, интервал выгрузки составляет обычно от 10 до 20 мин. Более длительные паузы (от 30 до 90 мин) возникают в период пересменки. Если используемое тепло идет на гене­рирование пара, то выход пара составит примерно до 0,4 т пара на 1 т кокса в зависимости от параметров пара и пита­тельной воды.

Метод сухого охлаждения кокса имеет более чем 50-лет­нюю историю. Он был разработан братьями Зульцер (Винтер­тур, Швейцария) и применен более чем на 70 сталелитейных комбинатах и газовых заводах Европы и США. Усовершен­ствование этого метода фирмами Krupp Koppers GmbH и Waagner Biro AG привело к разработке процесса, показанного на рис. 5.5 [5.11]. Раскаленный кокс выгружается из печи в вагонетку; затем, предотвращая выброс пыли наружу, кокс сбрасывают в охлаждающую шахту.

Охлаждающая шахта снабжена внутренним устройством для перемещения массы. Кокс проходит через охлаждающую шахту за период от 2 до 4 ч. В этот период кокс охлаждается до 200 °С и затем разгружается через воздушный затвор, а движущийся навстречу поток охлаждающего газа нагревается от 130 до 700 °С и выше. После шахты газ проходит через сепаратор крупных частиц и используется для нагрева котла - утилизатора, представляющего собой водотрубный котел с экономайзером, испарителем и пароперегревателем. Остывший газ проходит через сепаратор мелких частиц и возвращается обратно в охлаждающую шахту. ТАЭ в процессе СОК позво-

а — непрерывная выгрузка кикса в течение паузы между загрузками кокса в шахту; б —выгрузка кокса приостановлена в середине паузы между загрузками; к — на­чало паузы между загрузками кокса; к — конец 50-минутной паузы между за­грузками.

ляет генерировать пар высоких и довольно стабильных пара­метров. Такой режим сохраняется даже во время пауз между выгрузками кокса. Горячий кокс служит аккумулирующей средой. Здесь возможны два режима теплового аккумулиро­вания.

а) Однокамерный процесс. В этом процессе охлаждающая шахта представляет собой конструктивно единый агрегат. Аккумулирование и охлаждение происходят в одной и той же камере. Все установки сухого охлаждения кокса системы «Зульцер» работают на этом принципе. Емкость аккумулиро­вания может быть повышена путем увеличения потока газа через охлаждающую шахту. Нестабильность выходной темпе­ратуры горячего газа может быть снижена посредством об­водной линии (15 на рис. 5.5) и/или двойной подачи газа в нижнюю часть охлаждающей шахты (14 на рис. 5.5).

Контролируя расход газа через обводную линию и сме­шивая его с горячим газом из охлаждающей шахты, можно контролировать температуру газа на входе в котел (и, таким образом, генерацию пара). Вся масса кокса играет роль теп­лового аккумулятора со скользящей температурой. На рис. 5.6 показаны профиль температур кокса и соответствующая тем­пература газа установки СОК с оборотом кокса 60 т/ч на

Q Зак 414

50-минутном интервале между выгрузками кокса (режим раз­рядки), в течение которого поддерживается постоянное гене­рирование пара за счет отбора внутреннего тепла кокса. На рис. 5.6, а показаны температуры во время непрерывной вы­грузки кокса, а на рис. 5.6,6 — температуры, когда выгрузка кокса приостановлена в середине цикла. Внутренняя энергия кокса в начале цикла пропорциональна площади 1—2—3—4, а в конце — площади 5—6—7—8. Количество отобранного у кокса тепла характеризуется разностью этих площадей 9—2— 3—6—10 (или /— k — I—т). Как можно видеть, аккумули­рующая способность почти не зависит от скорости выгрузки охлажденного кокса.

б) Двухкамерный процесс. В этом процессе, также осно­ванном на патенте Зульцеров, раскаленный кокс первона­чально накапливается в форкамере без охлаждения. В охлаж­дающую камеру горячий кокс поступает одновременно с вы­грузкой кокса из охлаждающей шахты (принцип замещения). Горячий газ выводится из охлаждающей шахты между пред­камерой и охлаждающей камерой. В процессе, разработанном советским институтом «Гипрококс», устройство для вывода газа снабжено рядом прорезей и концентрическими кольце­выми коллекторами. Облицовка и огнеупорная футеровка ох­лаждающего бункера довольно сложны. Расход пара не регу­лируется, но в значительной степени зависит от скорости вы­грузки кокса. (Если выгрузка кокса прерывается, то количе­ство генерируемого пара падает примерно до 75 % за 10 мин.)

Приведенное выше показывает, что современные процессы СОК по сравнению с первоначальным процессом Зульцеров (без активного теплового аккумулирования) обладают значи­тельно улучшенными показателями в отношении возможно­стей теплового аккумулирования и, следовательно, большей гибкостью и эффективностью использования вторичных источ­ников тепла.