Термохимическая регенерация

Виды энерготехнологического комбинирования

Модели тепловых схем.

Обычно различают структурные и функциональные модели тепловых схем. Функциональные модели используют для расчета температур. Структура тепловых схем графически не моделируется, поэтому для ЭВМ используют матричную форму структуры. Структурная матрица является суперматрицей всех матриц связи элементов схемы к(i,j), i=1…n, j=1….n; где п – число элементов схемы. Элементы матриц могут принимать значения 0 или I в зависимости от наличия или отсутствия связи между конкретными потоками. Поскольку каждый теплообменник имеет два входа и два выхода, то структурные матрицы имеют порядок (2,2).

К числу наиболее эффективных комбинаций относятся энерготехнологические схемы крупнотоннажных синтезов H₂SO₄, NH₃, HNO₃, CH₃OH и др. Эти схемы подробно описаны в учебной литературе. Существенный интерес представляют комбинации, в которых использование рекуперированной энергии для образования пара исключено, поскольку в этом случае технологическая схема усложняется и удорожается за счет введения подсистемы подготовки котловой воды, сбора и транспорта конденсата и пр.

Ниже мы приводим описание наиболее интересных комбинаций, позволяющих полнее использовать энергетический потенциал сырья и продуктов реакций.

Этот вид комбинирования является новым технологическим процессом в теплосиловых установках, обеспечивающим повышение эффективности использования органического топлива (угля, нефти, природного газа).

Термохимическая регенерация заключается в использовании тепловых потерь (горячих потоков продуктов сгорания) для организации эндотермических реакций топлива с продуктами сгорания. В обычных печах топливо сгорает в воздухе по реакции

CH₄ + 2(O₂ + 3,76N₂) ® CO₂ + 2H₂O + 7,52N₂

При этом выделяется теплота, равная теплотворной способности топлива Q_ит. В термохимических реакторах-регенераторах (ТХРР) энергия топлива, перед тем как превратиться в теплоту, преобразуется в химическую энергию конвертированного топлива, теплотворная способность которого при этом возрастает. С этой целыо исходное топливо смешивают с частью дымовых газов и нагревают. Смесь топлива с 1/3 продуктов сгорания конвертируется по реакции

При этом поглощается теплота Q_к и теплотворная способность конвертированного топлива возрастает на эту величину: Q_кт= Q_ит+Q_к. Топиво поступает в топку промышленной печи или реактора, где сгорает в воздухе по реакции:

При этом выделяется теплота, равная теплотворной способности топлива Q_кт.

Конверсия топлива осуществляется в ТХРР, который устанавливают в конвективной секции печи (температура в пламенном пространстве конвективной печи порядка 1200°С), причем за счет теплообмена с исходным топливом температура продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу, снижается до 150°С.

ТХРР представляет собой многоходовой теплообменник с противоточнымтечением теплоносителей (рис.7.5). В нем имеются два утилизационных контура:

· воздух-продукты сгорания;

· смесь топлива с продуктами сгорания – продукты сгорания.

Внедрение ТХРР на промышленных предприятиях позволяет сэкономить около 30% природного газа, а коэффициент использования теплотворной способности исходного топлива возрастает до 93% (в обычных промышленных печах он составляет 20-50%).

Рис. 7.5.Термхимический реактор-регенератор 1 – воздух – продукты сгорания; 2 – продукты сгорания; 3 -смесь топлива с продуктами сгорания

Основной проблемой в этом виде комбинирования является разработка радиационных и керамических рекуператоров, которые могут длительное время выдерживать температуры продуктов сгорания (1400-1600°С).

Дата добавления: 2014-11-29