Тепловое аккумулиров ание энергии

Аккумулирование, объединенное с котлом-утилизатором отработанного тепла

Если требуется непрерывный отпуск пара или энергии, то котел-утилизатор, работающий на тепле отработанных газов после периодических технологических процессов, может быть объединен с аккумулятором горячей воды. Типичным приме­ром такой системы могут служить котлы-утилизаторы, уста­новленные после основных кислородных конвертеров (ОКК) в сталелитейных цехах.

Для таких установок характерны времена дутья 15—20 мин с высокими пиками (до 1600“С) и очень высокими градиен­тами температуры отходящих газов, интервалы 20—30 мин и продолжительности цикла 35—50 мин. Отходящие из ОКК газы содержат примерно 100 МДж внутренней энергии на 1 т стали и дополнительно могут дать 500 МДж благодаря содер­жанию в газах до 70% СО [5.9]. Сгорание газообразного СО

может быть полным (что обеспечивает самую большую тепло­вую нагрузку на кожух) или частичным. В последнем случае нагрузки на кожух минимальны, а охлаждаемый газ акку­мулируется как газообразное топливо. Даже если два кош - вертера работают попеременно и возникающие короткие паузы перекрываются обычным процессом горения, аккуму­лирование пара имеет смысл. На рис. 5.9 показана установка ОКК с полным сгоранием СО. В состав установки входят три конвертера, два из которых находятся в работе, а третий — в резерве. Котел-—утилизатор работает при постоянном дав­лении, которое много выше давления в паровой сети. Между паропроводом острого пара котла-утилизатора и паровой сетью установлен аккумулятор скользящего давления. Он за­ряжается через регулятор давления и разряжается через ре­дукционный клапан. Перед паровой турбиной, вырабатываю­щей механическую энергию или электричество, может быть установлен твердотопливный пароперегреватель. Установки этого типа широко распространены [5.13].

Иная схема аккумулирования и использования вторичных тепловых ресурсов применена на японском сталелитейном

комбинате с ОКК (рис. 5.10) [5.14]. Вода нагревается до 98 °С в кожухе котла-утилизатора и направляется для хра­нения в бак с более высокой температурой и нормальным давлением. Горячая вода непрерывно отдает тепло в цикл Ренкина с хладоном-11 в качестве рабочего тела. Пар хла - дона (0,46 МПа, 75 °С) приводит в действие турбину, затем конденсируется, а конденсат возвращается в цикл [5.14]. Мощность турбины сильно зависит от температуры охлаж­дающей воды. Зимой (температура охлаждающей воды 8°С) мощность составляет 2,9 МВт, а летом (температура охлаж­дающей воды 29 °С) [5.15] — только 1,4 МВт. Термический КПД ее ниже 9 %, что в три раза меньше по сравнению с пре­дыдущей схемой. Следует учесть, однако, что котел-утилиза­тор и аккумулирующая система работают при низком уровне давления.

Рнс. 5.11. Установка паровых аккумуляторов в паровых сетях.

в — ееть во вкользящим давлением; 6 — паровой аккумулятор в боковом потоке сетей ВД в НД в — паровой аккумулятор в главном потока между сетямв ВД и НД

его колебания [5.1, 5.2]. В последнем случае аккумулятор пара может быть непосредственно присоединен к сети через два обратных клапана (рис. 5.11,а). Тепловая емкость акку­мулятора определяется из условия максимально допустимых колебаний давления в сети. Обычно имеются по крайней мере две сети с различными давлениями, между которыми может быть установлен аккумулятор пара (рис. 5.11,6). Редукторы давления приводятся в действие давлением в верхней сети (ВС) и поддерживают его (в пределах емкости аккумулятора и потребностей нижней сети) на постоянном уровне без слож­ной регулирующей системы. Если пар в ВС перегрет и тре­буется перегрев пара в НС, то нужно устанавливать аккуму­лятор с перегревом (показан штриховыми линиями). Другая схема представлена на рис. 5.11, в. Линия ВС через регулятор давления соединена с трубопроводом зарядки, тогда как ли­ния НС через редуктор давления — с трубопроводом раз - рядки. Обратных клапанов не требуется, но трубопроводы зарядки и разрядки в этом случае должны быть рассчитаны на полный расход через регулятор и редуктор давления, тогда как в схеме рис. 5.11,6 конструкция определяла разность этих двух расходов.

Аналогичным образом пики потребления могут быть по­крыты аккумулированием пара. Целлюлозно-бумажная, пи­щевая и текстильная отрасли промышленности относятся к типичным отраслям с таким пиковым потреблением. Низкие давления, характерные для этих отраслей, в данном случае удобны, так как гистерезис давлений зарядки-разрядки и, сле­довательно, удельная емкость аккумулирования могут быть высокими. Экономия от использования пара заключается в снижении необходимой мощности парогенератора и в суще­ственном уменьшении колебаний его нагрузки.

/ — котел высокого давления; І — турбина высокого давления; 3 — редуктор; 4 — турбина среднего давления; б —котел среднего давления; 6— релейный регулятор уровня (максимальный уровень воды); 7 — аккумулятор горячей воды; S — краси­тель; Ї — релейный регулятор температуры (минимальный уровень воды).

у j Рис. 5.14. Вытеснительный акку-

L Холодная мулятор тепла в установке обра - вода ботки мелассы.

Еще одна область промышленного применения аккумули­рования пара — это комбинированная выработка тепла и элек­троэнергии. На рис. 5.12,0 показана схема с турбиной между паровыми сетями постоянного (высокого) давления ВД и пе­ременного (низкого) давления НД; аккумулятор пара позво­ляет вырабатывать максимум электроэнергии, когда весь требуемый в сети НД пар проходит через турбину, рассчитан­ную только на средний расход пара.

На схеме рис. 5.12,6 аккумулятор пара установлен парал­лельно турбине между сетями ВД и НД. Если турбина долж­на работать при базисной нагрузке, то через нее проходит только минимальное крличество пара, направленного в сеть НД; остальной пар преходит через аккумулятор.

Если имеется сеть горячей воды, как, например, на тек­стильной фабрике с красильной установкой (рис. 5.13), то аккумулятор горячей воды постоянного давления может быть подсоединен к сети НД пара постоянного давления. В этом случае весь пар НД расширяется в турбине [5.2].

В сетях горячей воды применяется в основном вытесни­тельное аккумулирование. На рис. 5.14 показана схема го­рячего водоснабжения установки обработки мелассы. Горя­чая вода получается из пара НД, аккумулируемого в верти­кальном вытеснительном аккумулирующем сосуде, и распре­деляется питательными насосами между потребителями. Пики потребления горячей воды покрываются аккумулятором. Пики потребления пара НД (для стерилизации ферментов) обеспе­чиваются при закрытом зарядном вентиле.

На рис. 5.15 показана схема отопительной установки с ак­кумулятором вытеснительного типа между питающей и об­ратной линиями. При открытии клапана разрядки и закрытии клапана зарядки основная часть обратной воды направляется

Рис. 5.15. Вытеснительный аккуму - лятор в промышленной отопитель* ной установке [5.2].

/—котел; 2 —линия подачи; J — акку­мулятор; 4 — зарядный клапан; 5 — насос; в — разрядный клапан; 7 — об­ратная линия.

в аккумулятор, а такое же количество горячей воды разря­жается в питательную линию. В режиме зарядки часть пи­тательной воды из котла направляется в аккумулятор. Цир­куляционный насос должен быть рассчитан на максимальный расход потребления и зарядки. Следовательно, для высокой мощности зарядки мощность насоса должна быть весьма вы­сокой, и схема с отдельным зарядным насосом, применяемая в районных тепловых сетях (разд. 6.6), может быть предпоч­тительной. В случае котлов с двухпозиционным регулятором, типичным для малых установок, возможна значительная эко­номия топлива, в особенности при частичной нагрузке, бла­годаря сниженной цикличности работы (разд. 6.2).

5.4. Заключение

В промышленных установках для кратковременного тепло­вого аккумулирования широко применяются твердотельные регенераторы, которые входят в состав оборудования про­мышленных печей. Для кратковременного и средней продол­жительности теплового аккумулирования используется также горячая вода (под нормальным или повышенным давлением). Аккумулирование в установках комбинированного производ­ства электроэнергии и тепла привлекает все возрастающее внимание [1.16]. Это связано с возрастающей долей источни­ков вторичного отработанного тепла, которое может быть ис­пользовано для удовлетворения возрастающих потребностей в тепле и электроэнергии.