2.1 Использование теплоты отходящих газов

Использование теплоты отходящих газов частично решается рекуперацией теплоты путем подогрева воздуха, идущего на горение газа в нагревательных печах. Остаток теплоты отходящих газов после рекуперации требует утилизации, которая обычно достигается выработкой энергопродукции: нагретой воды, пара или электроэнергии. [4]

В этом направлении можно выделить три подхода:

I. Установка котлов-утилизаторов – водотрубных конвективных типа «КУ», пакетно-конвективных, газотрубных.

Обобщенная характеристика котлов-утилизаторов, устанавливаемых за нагревательными печами прокатных цехов:

• пропускная способность по отходящим газам Vотх= 16 ÷ 200 тыс. м³/ч;

• температура отходящих газов tотх = 650 ÷ 1250 ºС;

• параметры получаемого пара – давление рп ≤ 4,5 МПа, температура перегретого пара tпп ≤ 450 ºС.

К отлы-утилизаторы размещают за нагревательными печами по индивидуальной или групповой схемам (рисунок 3).

1 – нагревательная печь; 2 – рекуператор; 3 – котел-утилизатор; 4 – дымосос; 5 – дымовая труба; 6 – обводной газоход (байпас); 7 – коллекторный газоход.

Рисунок 3 – Схемы размещения котлов-утилизаторов за нагревательными печами: а – индивидуальная схема, б – групповая

Преимущество групповой (коллекторной) схемы: более высокая надежность работы тракта благодаря взаимозаменяемости участков тракта смежных печей и наличия обводных газоходов для рекуператоров и котлов-утилизаторов, что позволяет при необходимости отключить их из работы тракта.

Недостаток групповой схемы: усложнение тракта, увеличение капитальных затрат на сооружение тракта и усложнение эксплуатации тракта.

I I. Размещение встроенных водогрейных и испарительных пакетов (рисунок 4).

1 – нагревательная печь; 2 – газоход печи; 3 – рекуператор; 4 – питательный насос; 5 – водогрейный пакет, выполняющий функции экономайзера; 6 – барабан-сепаратор; 7 – циркуляционный насос; 8 – испарительный пакет (испарительные поверхности нагрева); 9 – выход насыщенного пара к потребителю или к центральному пароперегревателю.

Рисунок 4 – Схема размещения водогрейных и испарительных пакетов

Схема, представленная на рисунке 4, предполагает совместную работу испарительных и водогрейных пакетов, что позволяет рассматривать ее как альтернативу котлу-утилизатору.

Достоинства схемы:

1) Компактность размещения оборудования и невысокие капитальные затраты.

2) Защита рекуператора испарительным пакетом от резкого повышения температуры отходящих газов.

3) Достаточно высокая степень утилизации теплоты отходящих газов за счет водогрейных пакетов.

4) Возможность охлаждения отходящих газов перед дымососом, что облегчает работу дымососа.

I II. Применение встроенных газотурбинных установок (ВГТУ).

1 – нагревательная печь; 2 – газоход печи; 3 – компрессор; 4 – рекуператор компремированого воздуха; 5 – газовая (воздушная) турбина; 6 – электрогенератор; 7 – высокотемпературный рекуператор 8 – подача топлива.

Рисунок 5 – Принципиальная схема встроенной газотурбинной установки (ВГТУ)

Достоинства: получение электроэнергии непосредственно в прокатном цехе и возможность использования ее для собственных нужд цеха.

Недостатки: невысокая доля теплоты отходящих газов, использованной непосредственно на выработку электроэнергии (до 12-15%), вследствие больших затрат энергии на привод компрессора. [3]