О применении цикличного режима подключения аккумуляторов теплоты в системах теплоснабжения

Abstract

Использование аккумуляторов в автономных системах теплоснабжения является широко известным приемом выравнивания тепловых нагрузок, экономии сырьевых и энергетических ресурсов. В качестве первичного источника энергии в таких системах успешно применяют теплоту пара, извлекаемую с периодично работающих утилизационных установок в основном охладителей конвертерных газов во время продувки конвертерной ванны для аккумуляции пара с помощью аккумуляторов Рутса. При существующих темпах и диапазонах изменения температуры в конце зарядки и разрядки при эксплуатации этих систем возможны усталостные явления в металлическом корпусе аккумулятора от существующих глубоких «прыжков» температур с образованием температурных напряжений (переохлаждение) его корпуса, что вызывает ряд технических проблем. Для предотвращения этого явления предлагается извлекать тепловую энергию из нескольких таких массо- и теплообменников при их поочередном подключении к испарительному контуру потребителя. Такой метод отбора теплоты позволяет не только избежать переохлаждения корпуса аккумулятора, но также повысить производительность процесса. На основе анализа формализованного уравнения динамики отпуска тепла потребителю при нагреве соответствующего теплоносителя сделан вывод об эффективности импульсного режима подключения аккумуляторов. При этом температура теплоносителя изменяется по экспоненциальному закону. При реализации предлагаемого метода нагрев очередной порции теплоносителя осуществляется в условиях наибольшей разности температур, что позволяет заметно интенсифицировать процесс. Доказано, что эффективность импульсного режима возможна при наличии уже двух или более аккумуляторов. Установлено, что продолжительность подключения каждого аккумулятора в импульсном режиме не должна достигать продолжительности переходного процесса нагрева теплоносителя при традиционном способе отбора теплоты.

The use of batteries in autonomous heating systems is a well-known method of equalizing heat loads, saving raw materials and energy resources. As a primary source of energy in such systems, they successfully use the heat of steam extracted from intermittently operating utilization plants, mainly converter gas coolers during the purging of the converter bath for steam accumulation using Roots batteries. At current rates and ranges of temperature change at the end of charging and discharging during operation of these systems, fatigue phenomena are possible in the metal case of the battery from the existing deep “jumps” of temperatures with the formation of thermal stresses (overcooling) of its case, which causes a number of technical problems. To prevent this phenomenon, it is proposed to extract thermal energy from several such mass and heat exchangers when they are alternately connected to the evaporation circuit of the consumer. This method of selection of heat allows not only to avoid overcooling of the battery case, but also to improve the performance of the process. Based on the analysis of the formalized equation of the heat supply dynamics to the consumer when the corresponding coolant is heated, it is concluded that the efficiency of the pulsed mode of connecting batteries is effective. The temperature of the coolant varies exponentially. When implementing the proposed method, the heating of the next portion of the coolant is carried out under the conditions of the greatest temperature difference, which makes it possible to markedly intensify the process. It is proved that the efficiency of the pulse mode is possible if there are already two or more batteries. It has been established that the duration of connecting each battery in a pulsed mode should not reach the duration of the transient heating of the coolant with the traditional method of heat extraction.