Использование тепла вентиляционных выбросов и отработанного пара

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Пермский государственный технический университет Березниковский филиал Кафедра технологии и механизации производств Реферат по предмету: Теоретические основы энергосбережения и ресурсосбережения в химической технологии. На тему: «Использование тепла вентиляционных выбросов и отработанного пара» Выполнил: студент группы МАХП-04 (дн) Щепицин Андрей

Проверил: преподаватель Нечаев Николай Петрович Березники 2007 Содержание Введение… 1. Утилизация тепла вентиляционных выбросов… 2. Утилизация тепла отработанного пара… 9 Заключение….13 Список использованной литературы… 14 Введение Средства защиты работающих от вредного воз¬действия загрязнений воздушной среды по характеру применения подразделяют на средства коллективной и средства индивидуальной

защиты. К средствам коллективной защиты относят: • средства нормализации воздушной среды произ¬водственных помещений и рабочих мест: вентиля¬цию с очисткой воздуха, локализацию вредностей в местах их возникновения, отопление, автоматиче¬ский контроль и сигнализацию; • средства защиты от инфракрасных излучений: оградительные, герметизирующие и теплоизоли¬рующие устройства, вентиляцию помещений, ди¬станционное управление и знаки безопасности, ав¬томатический контроль и сигнализацию; • средства защиты от высоких и низких температур

окружающей среды: оградительные устройства, термоизоляцию, дистанционное управление, уст¬ройства для радиационного или воздушного обо¬грева и охлаждения, автоматический контроль и сигнализацию. Из этого перечня ясно, что различные устройства вентиляционных систем являются обязательными эле¬ментами коллективной защиты работающих от загряз¬нений воздушной среды. Основное предназначение вентиляции производ¬ственных помещений - обеспечение требуемых санитар¬но-гигиенических

параметров воздушной среды для пребывания в помещении человека, то есть поддержание необходимой чистоты воздуха и таких климатических условий, при которых человек чувствует себя нормально и микроклимат не оказывает неблагоприятного воздей¬ствия на его здоровье. Для этого вентиляционные устройства должны удалять избыточную теплоту, влагу, вредные газы, пары и пыль, в огромных количествах выделяющиеся в ходе технологических процессов большинства современных производств.

При этом необходимо соблюдение опреде¬ленной степени подвижности воздуха в помещениях, обеспечивающей необходимый приток кислорода и комфортную для человека скорость движения воздуха на рабочих местах. В средней полосе и высоких широтах в большинстве помещений требуется подогрев воздуха в холодный период года; в теплый период года и в низких широтах, а также в помещениях с высокотемпературны¬ми технологическими процессами требуется охлаждение воздуха. В этих случаях вентиляция применяется в ком¬плексе с системами

отопления и кондиционирования воз¬духа. Простое перемещение удаляющихся вредных примесей из производственных помещений наружу при современных масштабах промышленных выбросов при¬водит к повышению в земной атмосфере содержания ядовитых газов, снижению содержания кислорода, к "парниковому" эффекту, разрушению озонового слоя, загрязнению почвы при конденсации вредных паров и т.д. В конечном счете, это приводит к ухудшению ка¬чества среды обитания и даже к ее разрушению.

Следо¬вательно, в функции вентиляции должна входить также очистка воздуха, удаляемого из производственных по¬мещений, от вредностей, загрязняющих атмосферу. С целью сокращения расходов на вентиляционное оборудование и сооружения, устранения излишних за¬трат энергии и топлива, а также решения экологических задач (защита атмосферы и почвы от загрязнений про¬мышленными выбросами) необходимо уже на стадии разработки и организации производственных процессов исключать по

возможности операции, сопровож¬дающиеся поступлением в производственное помещение теплого или холодного воздуха, выделение в воздух ра¬бочей зоны влаги, вредных паров, аэрозолей и др. При выборе технологических процессов следует отдавать предпочтение тем, которые характеризуются наименьшим количеством вредных производственных факторов. При конструировании, изготовлении, монтаже и эксплуатации оборудования должны предусматриваться соответствующие меры по предупреждению или сниже¬нию до минимума

вредных выделений в воздух произ¬водственных помещений. При этом большое значение имеет конструктивное совмещение защитных средств - встроенные в оборудование местные отсосы, позволяю¬щие устранять вредности в местах их выделения. Поэтому очень важной является совместная рабо¬та технологов и специалистов по вентиляции в направ¬лении оптимального решения задачи нормализации воз¬духа рабочей зоны.

Если невозможно полное устранение вредных выделений, следует по возможности ограни¬чить их распространение в рабочих зонах помещений до величин, не превышающих предельно допустимых. [2] Утилизация тепла вентиляционных выбросов Тепло удаляемого из помещений вентиляцион¬ного воздуха является значительным источником низко¬потенциального тепла. В последние годы в СССР и за рубежом разрабатываются способы использования этого тепла для нагрева

приточного воздуха и отопления по¬мещений. Исследования говорят о высокой экономиче¬ской эффективности использования тепла вентиляцион¬ных выбросов. На отопление, горячее водоснабжение, вентиляцию и кондиционирование воздуха в 1980 г. у нас в стране рас¬ходовалось 400 млн. т условного топлива. Если предположить, что в результате ряда организационно-технических мероприятий и использования тепла венти¬ляционных выбросов в существующих зданиях и во вновь вводимых за пятилетку жилых зданиях (530— 540

млн. м2) удается снизить потребление топлива на отопление, горячее водоснабжение и кондиционирование воздуха всего на 5 %, то за период 1981 —1985 гг. эко¬номия составит более 100—120 млн. т условного топли¬ва. Применение в системах приточно-вытяжной венти¬ляции утилизаторов тепла позволит почти вдвое сократить расходы топлива на отопление и вентиляцию, используя 50—70 % тепла вытяжного воздуха для нагрева приточного. В настоящее время для утилизации тепла вытяжного воздуха применяют регенеративные вращающиеся

теплообменники, теплообменники с промежуточным теплоносителем, пластинчатые рекуператоры, утилизаторы с тепловыми трубами, рекуперативные теплообменники (рис. 1 – 4) и др. Представляет интерес регенеративный вращающий¬ся теплообменник РТ-12. Аккумулирующая тепло насад¬ка ротора теплообменника представляет собой пакеты чередующихся гладких и гофрированных листов техни¬ческого картона. В корпусе теплообменника имеются уплотнители и продувочная

камера, предотвращающие переток вытяжного воздуха в канал приточного воздуха. Производительность РТ-12 по воздуху 20 тыс. м3/ч, тер¬мическая эффективность 0,55—0,6. На рис. 1 показана утилизационная установка с вращающимся регенеративным теплообменником ВРТ-2 разработанным сотрудниками ЦНИИ электроника. Установка предназначена для утилизации низкопо¬тенциального тепла вентиляционных выбросов и возвра¬щения

в помещение до 70-75% отбросного тепла, что позволяет ежегодно эко¬номить около 2638 ГДж (630 Гкал) тепла, т. е. около 90 т условного топ¬лива. Производительность по воздуху 16—18 тыс. м3/ч. Насадка ротора теплообменника выполнена из лис¬товой алюминиевой фольги толщиной 0,08 мм. Разрабо¬таны вращающиеся регенеративные теплообменники различной производительности, ротор которых заполняется насадкой из отходов производства искусствен¬ного волокна

и полимерных материалов (капроновая или полиэтиленовая путанка, полимерная пленка, стек¬ловолокно и др.). Благодаря этому не требуются ни спе¬циальное оборудование для изготовления насадки, ни де¬фицитные материалы, что позволяет организовать про¬изводство теплообменников в условиях практически лю¬бого предприятия. Первые образцы таких теплообменни¬ков успешно работают на ряде предприятий. Утилизационные системы с промежуточным теплоно¬сителем создаются на базе серийных водовоздушных калориферов,

а также секций подогрева кондиционеров. Гипрохиммашем в 1980 г. с учетом новых техниче¬ских решений и использованием устройств регенерации тепла вентиляционных выбросов на базе серийного обо¬рудования разработана система отопления и вентиляции для одного из корпусов строящегося завода криогенного машиностроения. В качестве утилизационных теплооб¬менников в схеме с жидкостным циркуляционным конту¬ром промежуточного теплоносителя используются эффек¬тивные биметаллические калориферы с накатным алю¬миниевым оребрением.

Объем приточного воздуха в си¬стеме составляет 1,2 млн. м3/ч. При термической эффек¬тивности устройств регенерации тепла, равной 0,49, утилизируется 10,8 МВт (9,3 Гкал/ч) тепла. В теплообменнике (рис. 5) обеспечиваются непрерывность процес¬са теплопередачи, умень¬шение характерных для вращающихся регенера¬тивных теплообменников перетечек между среда¬ми. Для этого в насадку помещена оребренная трубчатая поверхность теплообмена с циркулирующим по замкнутому

контуру промежуточным жидким тепло¬носителем. Аппарат представляет собой разделенные газонепро¬ницаемой перегородкой 1 камеры, в одну из которых (2) поступает, например, теплый воздух вентиляцион¬ных выбросов, а в другую (3) — приточный воздух. В нижней части камер установлены газораспределитель¬ные решетки 4, на которых помещена зернистая насад¬ка 5. Размеры камер должны быть такими, чтобы ско¬рость проходящего через слой насадки воздуха соответ¬ствовала оптимальной скорости псевдоожижения вы¬бранного зернистого

материала. Промежуточный жид¬кий теплоноситель прокачивается насосом 6 по замкну¬тому трубчатому контуру 7, расположенному в объеме псевдоожиженного слоя насадки. Для увеличения актив¬ной поверхности теплообмена контур выполнен из оребренных труб или в виде змеевика. В ЦНИИПромздаиий проведены исследования тепло¬обменников-утилизаторов с тепловыми трубами (см. рис. 4) для применения в системах кондиционирова¬ния воздуха.

Теплообменники представляют собой пакет из труб, заполненных рабочим веществом с низ¬кой температурой кипения (например, фреон). Одна по¬ловина пакета находится в зоне теплого воздуха, дру¬гая — в зоне холодного воздуха. В зоне теплого возду¬ха тепло подводится к заполняющей тепловую трубу жидкости, которая испаряется, отбирая тепло на паро¬образование. Пар перемещается внутри трубы в зону холодного воздуха, где конденсируется, отдавая тепло конденсации на нагрев воздуха.

Циркуляция рабочего вещества происходит под действием сил гравитации «следствие расположения зоны конденсации выше зо¬ны испарения. В ЦНИИПромзданий разработана конструкция трех¬рядных теплообменников-утилизаторов из тепловых трубок. На предприятиях химической промышленности тепло низкого потенциала, содержащееся в воздухе, удаляемом из помещений, в настоящее время не используют по сле¬дующим причинам: во-первых, на крупных химических предприятиях регенерация тепла вентиляционного воз¬духа требует создания громоздкой

и дорогостоящей ап¬паратуры; во-вторых, на предприятиях имеются громад¬ные запасы низкопотенциальных ВЭР, заключенных в воде оборотных систем технического водоснабжения; в-третьих, аппаратура для утилизации тепла вентиля¬ционного воздуха еще далека от совершенства и требу¬ется создание малогабаритных и высокоэффективных теплообменников. Сибирским филиалом НПО «Техэнергохимпром» со¬вместно с Институтом теплофизики СО АН СССР соз¬дан утилизационный аппарат, в котором теплопередающая поверхность

помещена в пенный слой жидкости, продуваемый газом. Аппарат по многим показателям превосходит существующие типы теплообменников (ко¬эффициент теплопередачи в 40—100 раз больше, чем в кожухотрубных теплообменниках). Промышленные испытания нового аппарата были проведены на двух химических предприятиях. [1] Утилизация тепла отработанного пара Существенный резерв вторичных энергоресур¬сов заключен в отработанном

(мятом, соковом) паре различных технологических машин и аппаратов (насо¬сов, компрессоров, автоклавов, выпарных установок, па¬ровых прессов и молотов, сушильных агрегатов и др.). В большинстве случаев отработанный пар имеет низкое давление, загрязнен химическими и механическими примесями, а при переменных на¬грузках производственных агре¬гатов образуются прерывистые потоки пара. Наиболее простой и доступный способ утилизации тепла отработанного пара после его соответствующей очистки

— использование его на отопительные, бытовые и другие подобные нужды. Отработанный пар может быть использован и для решения несложных технологи¬ческих задач: нагрева сырой и химически очищенной во¬ды в системе водоподготовки, нагрева теплоспутников, обогрева технологических аппаратов, пропарки бетона, деаэрации и др. При таком использовании отработанно¬го пара капитальные затраты невелики, эксплуатацион¬ные расходы незначительны, а эффективность использо¬вания тепла очень

высока. Три основных направ¬ления использования отработанного пара: для тепло¬снабжения (рис. 6); для выработки электроэнергии (рис. 7); для теплоснабжения и выработки электроэнергии (комплексная схема) (рис. 8). В соответст¬вующих схемах при значительных колебаниях потребле¬ния пара производственной установкой предусматривают пароводяной аккумулятор на линии острого пара, а при несоответствии количества отработанного пара и на¬грузки теплового потребителя применяют тепловой ак¬кумулятор (паровой или водяной).

Многие химические продукты в процессе производст¬ва проходят стадию концентрирования в выпарных уста¬новках. При этом давление большей части отработан¬ного (сокового) пара ниже атмосферного, и его тепло не удается использовать непосредственно в технологиче¬ском процессе, а приходится отводить в градирни. Рас¬ход тепла с соковым паром практически равен расходу высокопотенциального тепла, подводимого к выпарной установке. На рис. 9 показана схема утилизации тепла от¬работанного пара в производстве шенита на

Калушском ПО «Хлорвинил». Отработанный пар, выходящий из генератора абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины, компримируют с помощью пара высокого дав¬ления для использования в смежном производстве. На Чирчикском ПО «Электрохимпром» предложено поджимать в пароструйных компрессорах 21,5 т/ч соко¬вого пара производства карбамида и аммиачной селит¬ры до давления 0,25 МПа, на что расходуется 35,7 т/ч пара давлением 4,4

МПа. Образовавшиеся 57,2 т/ч пара направляют в смежные производства. Для производства электролитической каустической соды разработана схема выпаривания щелочи в четырехкорпусной установке, где из корпусов отводится пар давлением выше атмосферного. Пар используют на тех¬нологические и отопительно-вентиляционные нужды. В результате расход тепла на выпаривание щелочи с учетом возвратного пара сокращается на 10,0

ГДж/т (2,4 Гкал/т), что позволяет снизить себестоимость каус¬тической соды на 10—12 %. Для Кемеровского ПО «Химпром» разработана схе¬ма использования отработанного сокового пара в произ¬водстве каустической соды для выработки дистиллята. В производстве лактама Кемеровского ПО «Азот» можно использовать соковый пар для нагрева воды теплоспутников (рис. 10). Соковый пар давлением 0,1 МПа после отгонной колонны / разделяется на два потока.

Одна часть пара поступает в подогреватель-кон¬денсатор 2, где одновременно происходит его конденса¬ция и нагрев циркуляционной воды теплоспутников 3; другая часть поступает в подогреватель-конденсатор 6, где раствор капролактама подогревается до 96°С и за¬тем подается на упаривание в колонну 1. Раствор капролактама догревают в циркуляционном теплообменнике 7, подавая туда острый пар давлением 1,0 МПа. Для надежной работы теплоспутников цирку¬ляционную воду предварительно подогревают на 2— 3°С в

бойлере 4 паром давлением 0,4 МПа. Постоянное поддержание в бойлере горячего режима обеспечивает надежную работу теплоспутников даже при аварийной остановке колонны. В теплое время года подогреватель-конденсатор 2 охлаждается оборотной водой. В агрегатах аммиака большой единичной мощности компримирование азотоводородной смеси осуществляет¬ся турбокомпрессором, который приводится в движение с помощью паровой турбины, а отработанный пар дав¬лением 0,03—0,04

МПа при температуре 72°С конден¬сируется в аппаратах воздушного охлаждения. При этом на каждом агрегате аммиака в атмосферу бесполезно выбрасывается 45,4—52,3 МВт (39—45 Гкал/ч) тепла. Это тепло можно использовать для подогрева сырой и очищенной воды в системе химводоочистки предприя¬тия, исключив тем самым потребление эквивалентного количества пара высокого давления. На рис. 11 показана принципиальная схема нагре¬ва осветленной воды при использовании тепла

выхлоп¬ного пара турбины производства аммиака. Отработан¬ный пар из турбины / поступает в подогреватели-кон¬денсаторы 2 и аппараты воздушного охлаждения 3, В конденсаторах осветленная вода нагревается от 2— 22 до 30°С, а в аппаратах воздушного охлаждения кон¬денсируется избыточный пар. Если в конденсаторах по¬догревать до 50—60°С химически очищенную воду пе¬ред деаэрацией, то отпадает необходимость в аппаратах воздушного охлаждения. [1]

Заключение На отопление, горячее водоснабжение, вентиляцию и кондиционирование воздуха в 1980 г. у нас в стране рас¬ходовалось 400 млн. т условного топлива. Если предположить, что в результате ряда организационно-технических мероприятий и использования тепла венти¬ляционных выбросов в существующих зданиях и во вновь вводимых за пятилетку жилых зданиях (530— 540 млн. м2) удается снизить потребление топлива на отопление, горячее водоснабжение и кондиционирование

воздуха всего на 5 %, то за период 1981 —1985 гг. эко¬номия составит более 100—120 млн. т условного топли¬ва. Применение в системах приточно-вытяжной венти¬ляции утилизаторов тепла позволит почти вдвое сократить расходы топлива на отопление и вентиляцию, используя 50—70 % тепла вытяжного воздуха для нагрева приточного. [3] Степень использования тепла отработанного пара зависит только от температуры от¬водимого конденсата, обычно она составляет 85 %, а в ряде случаев может достигать 100 %.

Исследования говорят о высокой экономиче¬ской эффективности использования тепла вентиляцион¬ных выбросов. Список использованной литературы 1. Хараз Д.И Псахис В.И. «Пути использования вторичных энергоресурсов в химическом производстве» 2. Каледина Н.О. «Вентиляция производственных объектов» 3. Русланов Г.В Розкин М.Я Ямпольский Э.Л. «Отопление и вентиляция жилых и гражданских зданий» 4. «Хрестоматия

энергосбережения» в 2-х томах