Высокотемпературные процессы и установки: Практическое пособие к лабораторным занятиям, страница 13

Для достижения высоких температур сгорания топлива, помимо подогрева компонентов горения, применяют обогащение воздуха кислородом. Кислородное дутье осуществляется в шахтных печах черной и цветной металлургии, а нагревательных печах бескислородного нагрева и т.д. Повышение калориметрической температуры сгорания достигается путем уменьшения объема и энтальпии продуктов сгорания (уменьшения азота ).

        Основные положения и методика проведения испытаний

  Расчет процесса горения при сжигании топлива в смеси с воздухом, обогащенным кислородом, отличается определением количества азота. В этом случае количество азота вычисляется

  для газообразного топлива

                              , м³/м³,                       (4.1)

  для жидкого или твердого топлива

, м³/кг,                         (4.2)

где   Z - содержание кислорода в воздухе, % ;

- коэффициент избытка воздуха;

  - соответственно содержание азота в газообразном топливе и рабочей массе жидкого (твердого) топлива, %;

 - теоретически необходимое количество воздуха для полного сжигания единицы топлива, м³/м³(м³/кг).

Для сравнения эффективности подогрева воздуха и обогащении воздуха кислородом запишем теоретические тепловые балансы топки (без учета потерь теплоты для обоих вариантов [5].

Для варианта с подогревом воздуха запишем

          (4.3)

Для варианта с обогащением воздуха кислородом

          (4.4)                 

где    и ;

 – средняя изобарная теплоемкость воздуха.

Полагая калориметрические температуры сгорания одинаковыми и равными , вычтем из уравнения (4.3) уравнение (4.4)

                              .                               (4.5)

Тогда температура воздуха , до которой необходимо нагреть его, чтобы получить ту же калориметрическую температуру горения, что будет иметь место при сжигании топлива на  обогащенном воздухе

                      .                                        (4.6)

При  имеем

.                                             (4.7)

И наоборот, зная температуру горячего воздуха , можно определить степень обогащения воздуха кислородом ,  соответствующую тому же эффекту повышения температуры горения

                           .                               (4.8)

  Обогащение воздуха кислородом, как отмечалось, позволяет повысить температуру горения топлива и тем самым интенсифицировать теплообмен в рабочей камере, что увеличивает технологическую производительность установки. Кроме того, в результате обогащения воздуха кислородом уменьшается объем и энтальпия дымовых газов, а следовательно, снижаются потери с уходящими газами и расход топлива.

  Если обогащение воздуха кислородом не обусловлено особыми преимуществами технологического процесса, а связано только с повышением температурного уровня рабочей камеры, то его целесообразно применять в тех случаях, когда нагрев воздуха за счет теплоиспользования дымовых газов затрудняется из-за запыленности последних.

  Расчет экономической эффективности проводят на основании условия одинакового температурного уровня в рабочей камере огнетехнической установки.

  В общем случае для обоснования целесообразности применения обогащения кислородом необходимо технико-экономическое сопоставление вариантов с учетом капитальных затрат на теплообменники для нагрева воздуха и в кислородную установку, электрическую мощность и линии электропередач, соответствующие расходу электроэнергии на производство кислорода. Такие расчеты [5] показывают, что выгоднее применять температурный подогрев воздуха в воздухоподогревателях современного типа, позволяющих нагревать воздух до 700…1000⁰С

                                  Анализ полученных результатов

  Показать динамику зависимости энергоэкономической эффективности вариантов подогрева воздуха и его обогащение кислородом в случае необходимости повышения температурного уровня в огнетехнической установке. Объяснить природу влияния обогащения воздуха кислородом на коэффициент использования топлива.