книги из ГПНТБ / Щукин А.А. Экономия топлива в черной металлургии. Повышение тепловой эффективности огнетехнических агрегатов
.pdfтором в окружающую среду составляют 5%, температура газов за рекуператором
200° С. Через |
|
рекуператор |
проходит 85% газов. Энтальпия отходящих газов по |
||||
It — диаграмме |
[1] / 0 . г = |
3100 ккал/м3 . Энтальпия газов за металлическим реку |
|||||
ператором |
/ |
г |
= |
800 |
ккал/м3 . Степень регенерации |
||
т |
_ |
/ о - г - / у . г |
_ |
3100 - 80 0 _ |
|||
|
|
|
|
/о. г |
"~ |
зюо |
|
примем |
ф р |
= |
0,95. |
|
|
||
Экономия |
топлива |
составит |
|||||
9 = 1
1
1 - 3100/8350 |
|
1 — 3100/8350(1 —0,74-0,95)0,85 |
» > 1 г М 1 Э / о ; - |
Эффективность автономного нагрева воздуха
Как было отмечено выше, автономный нагрев воздуха приме няют при невозможности осуществления регенерации тепла отхо дящих газов вследствие большой загрязненности технологическим и золовым уносом, низкой температуры газов, отходящих из печи, или по другим причинам. Высокотемпературный нагрев воздуха обеспечивает экономию топлива, часто превышающую расход топ лива в топке автономного воздухоподогревателя.
Допустим, что производительность печи при работе на холод ном воздухе была Gx и расход топлива в ней составлял В ъ а при
дутье горячего воздуха (имеющего энтальпию |
/ в на единицу коли |
||
чества топлива) производительность увеличилась до G2 , а расход |
|||
топлива |
составил |
В 2 . Часовой расход топлива |
в топке автономного |
воздухоподогревателя будет |
|
||
В |
р = ^ |
, |
(11.25) |
где / в — энтальпия нагретого воздуха, приходящаяся на единицу топлива;
т]р — коэффициент полезного действия автономного теплообмен ника.
Общий расход топлива на установку при автономном нагреве воздуха составит
В = В 2 + В ь = |
G a Q T e X H |
г2 + — ^ - . |
(11.26) |
|||
При той же производительности G2 расход топлива при работе |
||||||
печи без подогрева |
был бы |
|
|
|
||
В 1 = |
G 2 Q T e m Z i |
. |
|
|
|
(11.27) |
Экономия |
топлива |
(или |
перерасход |
его) в случае |
автономного |
|
подогрева |
составит |
|
|
|
|
|
Э 2 |
= ^ - = |
l _ ^ |
= |
i _ J i |
- |
(П.28) |
30
По формуле (11-26) |
строят график зависимости расхода топлива |
в печи от подогрева |
воздуха. |
Если в топке автономного воздухоподогревателя будут сжигать та кое количество топлива, которое сэкономлено в печи в результате при
менения |
|
горячего |
воздуха, т. е. |
когда |
Вг |
— 5 2 |
= Вр, |
или когда |
|||||||||||
экономия |
|
топлива от применения |
горячего воздуха сводится к нулю |
||||||||||||||||
(т. е. когда Э2 — 0), то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
^ t ( 1 |
+ ^;) =1- |
|
|
|
|
|
<п-29> |
|||||||||||
П р и м е р |
|
2. |
Для |
нагревательной |
печи (пример 1) |
определить |
температуру |
||||||||||||
подогрева |
воздуха |
в автономном |
воздухоподогревателе |
с у\р |
= |
0,75, который может |
|||||||||||||
работать |
на топливе, |
сэкономленном |
в печи от подогрева |
воздуха. |
|
||||||||||||||
Задаемся |
температурой |
подогрева |
воздуха |
tB = |
500° С. Пользуясь формулой |
||||||||||||||
(11.29), |
определяем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
' в |
|
|
|
|
/ |
42 исп |
гх |
|
\ |
|
0,794-1,16 |
|
|
|
|
|||
|
" ^ " - П р |
l i i 7 ^ r ' ^ ~ " 1 ; = 0 ' 7 5 - o , 6 2 9 . i , i 5 |
- 1 = 0 ' 1 9 5 - |
|
|||||||||||||||
В этом |
случае |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
/ 0 |
. г = |
3100 |
ккал/м3 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
п |
|
|
_ |
, |
|
, |
/ в |
|
/ о . г |
|
. |
10 0,33 500 |
3100 |
|
— ° - 7 9 4 > |
|
||
|
42 исп — |
1 + — z |
|
- Г |
|
1 1 1 |
8350 |
|
о ^ £ 7 Г |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
)Р |
|
|
|
|
8350 |
|
|
|
|
|
QP = |
8350 ккал/м 3 ; |
Т ! 1 и с п |
= |
1 - |
= |
1 - |
|
= |
0,629. |
|
||||||||
При |
уг |
|
= |
0,09 |
получаем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
= |
1,16. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
! |
|
|
|
|
2 . . _0,09 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
т ] 1 И с п |
|
|
0,629 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Тогда / в |
= |
0,195. 8350 = |
1630 |
ккал/м3 |
топлива. |
|
|
|
|
|
|||||||||
При |
(/2 |
== 0,11 |
получаем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
1 _ |
|
|
= 1,15. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
0 |
Д 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
0,794 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Необходимая |
температура |
воздуха |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
vBcB |
|
10-0,33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
что совпадает с ранее принятым. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Здесь |
vB |
= |
|
10 м 3 /м 3 —• удельный |
расход |
воздуха. |
|
|
|
|
|
||||||||
сБ = |
0,33 |
ккал/(м3 -град)—.средняя |
теплоемкость воздуха. |
|
— |
||||||||||||||
При |
более |
высоком |
подогреве |
воздуха |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
в |
|
я, |
|
. v |
: «ь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
т. е. в этом случае общий расход топлива при автономном нагреве будет меньше рас хода топлива без подогрева воздуха. Температуру воздуха до 800° С и более можно достичь в регенеративных высокоэффективных воздухоподогревателях [2] .
31
Использование вторичных энергетических ресурсов при автономном нагреве воздуха
Экономия топлива не исчерпывается только экономией в ре зультате повышения температурного уровня в печи и при автоном ном нагреве воздуха, идущего на сгорание. Можно установить котел-утилизатор для использования загрязненных газов, отхо дящих от печей, с получением пара энергетических параметров для заводской ТЭЦ.
Экономию топлива при этом можно определить по формуле
|
|
Э3 |
*** |
— |
= |
D ( i n — in. в ) = 5 2 |
[/о. г — / о . г] фк=у (1 — or), |
|||||||
|
|
|
|
^ н Ч к = у |
|
|
|
|
|
|
|
(11.30) |
||
где |
|
|
|
|
Qn — количество тепла, |
переданное пару; |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
D — паропроизводительность |
котла-утилизатора; |
||||||||
|
|
1 |
п |
и |
1 п . |
в — |
энтальпия |
пара |
и питательной |
воды; |
|
|||
|
/ 0 . г |
|
и / 0 . г — энтальпия газов перед и после котла-утилизатора; |
|||||||||||
|
|
|
|
1 — о — доля газов, |
проходящих через котел-утилизатор; |
|||||||||
|
|
|
|
Фк=у — |
коэффициент сохранения |
тепла; |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Ф р |
— |
то же, для |
воздухоподогревателя. |
|
|
||||
|
П р и м е р |
3. Дл я |
нагревательной печи, рассмотренной в примерах |
1 и 2, при |
||||||||||
t"a г |
= |
250° С и а =1,20 l"0 г = 1200 ккал/м 3 |
газа, a l'0 г = / 0 . г = |
3100 |
ккал/м 3 |
|||||||||
(при |
t0 |
г = |
800° С и а — 1,05), получаем, принимая а = |
0,2 и г ) к = у |
= 0,85. |
|||||||||
|
|
Qn = |
(ЗЮО — 1200) 0,8-0,94 = |
1430 ккал/м3 газа. |
|
|
|
|||||||
Экономия |
|
топлива |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Q |
|
1430-100 |
0 n |
n . |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
8 = |
|
8350-0 85 = |
|
° Т Р а с х о д а г а з а |
п е ч ь ю - |
|
|
|
|
|||
|
|
Энергетическая |
модернизация отражательных |
|
|
|
||||||||
|
|
медеплавильных |
печей |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
На заводах цветной металлургии применяют отражательные |
||||||||||||
печи |
для выплавки |
из концентратов |
медной |
руды |
промежуточного |
|||||||||
продукта, называемого штейном. Отражательные печи применяют также и для переплавки и рафинирования различных металлов, например чугуна, бронзы, самолетного алюминиевого лома и т. п.
Длина плавильного пространства медеплавильных отражатель ных печей (рис. 10) составляет 30—50 м. В нижней части его имеется
ванна, куда |
загружают шихту, |
а сверху оно перекрыто сводом. |
Свод играет |
весьма существенную |
роль в передаче тепла от факела |
к ванне. Медеплавильные печи отапливают высококалорийным топ ливом — мазутом, природным газом и угольной пылью. Форсунки или горелки располагают с торца, дымовые газы движутся вдоль плавильного пространства и покидают его с противоположной стороны.
Шихту загружают в печь сверху при помощи ряда воронок, расположенных по обоим краям свода; воронки перекрывают авто-
32
матически действующими заслонками (мигалками). Ванна печи в течение всего времени работы заполнена жидким штейном и шла ком, которые раздельно периодически выпускают из печи. Жидкий штейн выпускают в ковши, направляемые при помощи крана в кон вертерный цех для переработки на черновую медь.
В отличие от камерной печи, в которой везде поддерживают при близительно одинаковую высокую температуру, в отражательных печах температура изменяется по длине плавильного пространства. Сначала на расстоянии 2—3 м от форсунок (горелок) создают повы
шение |
температуры до 1400—1500° С, затем к |
концу плавильного |
||||
|
Шихта |
|
|
|
|
|
f |
s Уровень ванны |
|
|
|
|
|
|
со?у у ; <\х у УУЧ У <ЛЧЧ <Л УЧ v v v v ^ f e |
j ^ |
|
|
||
Р и с . |
10. Схематический п р о д о л ь н ы й р а з р е з |
м е д е п л а в и л ь н о й о т р а ж а т е л ь н о й |
печи: |
|||
L — д л и н а п л а в и л ь н о й зоны; L\ |
— п о л н а я |
д л и н а |
ванны; |
/ — г о р е л к а ; 2 |
— от |
|
верстия д л я выпуска штейна; |
3 — отверстие д л я |
ш л а к а |
|
|
||
пространства печи температуру постепенно понижают до 1300— 1250° С. Температура содержимого ванны по длине практически одинакова.
Поскольку температура по длине плавильного пространства распределяется неравномерно, интенсивность расплавления шихты по его длине тоже неодинакова. В зоне высоких температур величина проплава шихты (измеряемая в тоннах на 1 м2 пода в сутки) значи
тельно |
превышает величину проплава в конце |
печи. Температура |
в конце |
печи (1150° С) является минимальной, |
при которой целе |
сообразно вести процесс расплавления шихты. |
|
|
В отражательной печи для технологической цели используют значительный перепад энтальпии дымовых газов. Для увеличения этого перепада следует повышать начальную температуру факела путем подогрева воздуха, идущего на сгорание топлива с минималь ным избытком воздуха, и устранения вредных присосов воздуха в плавильном пространстве печи.
Дымовые газы, уходящие из печи с температурой порядка 1100—• 1200° С, сильно загрязнены технологической пылью — пылесодержание доходит до 200 г/и3 и более. Часть пыли находится в размяг ченном состоянии и регенерация тепла отходящих газов сильно затруднена, так как взвешенные частицы расплавленного шлака и твердая взвесь отшлаковывают поверхность нагрева рекупера торов или регенераторов и они быстро выходят из строя. Поэтому непосредственно за печью устанавливают котел-утилизатор с экрани рованной камерой — шлакогранулятором. При помощи последнего
3 А . А . Щ у к и н |
33 |
резко снижают температуру газов еще до конвективной поверхности котла, и частички шлака затвердевают (гранулируются). Многие
печи вообще работают без подогрева воздуха и без всякого |
исполь |
|||
зования тепла отходящих газов. |
|
|
|
|
Рекуператор может быть установлен в хвостовой части котла, |
||||
когда газы |
в значительной мере освобождены от |
твердой |
взвеси, |
|
но, разумеется, достичь высокого нагрева |
воздуха |
при такой схеме |
||
невозможно. |
|
|
|
|
Вместе |
с тем производительность печи |
значительно зависит от |
||
величины |
подогрева воздуха. Выходом |
из положения |
является |
|
автономный нагрев воздуха в воздухоподогревателе с отдельной топкой, в которой сжигают природный газ или мазут (в последнем случае при помощи форсунок, обеспечивающих бездымное сжигание). Принципиальная схема установки показана на рис. 8. Чистые газы, обтекая поверхность нагрева воздухоподогревателя, обеспечат дли
тельную |
его |
эксплуатацию. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Конструкции воздухоподогревателей |
позволяют подогревать воз |
|||||||||||||
дух |
до 800° С и при этом получать экономию топлива и увеличение |
||||||||||||||
производительности |
печи. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Расчет эффективности проведен для отражательной печи, изображенной на рис. 10. |
||||||||||||||
|
Содержание в шихте серы 16,9%, известняка |
17%. В печь заливают 20% жид |
|||||||||||||
кого |
конвертерного |
шлака. |
Температура газов |
в конце |
зоны плавления |
t0. г = |
|||||||||
= 1330° С и в конце |
печи |
(в аптейке) 1260° С. Топливо — высокосернистый |
мазут |
||||||||||||
с Qp |
= 9170 ккал/кг, |
сжигаемый |
посредством воздушных |
форсунок с |
коэффициен |
||||||||||
том избытка воздуха а = |
1,1 (учитывают присос |
воздуха |
в печи). |
|
|
||||||||||
|
Общая длина ванны L ' , м |
|
|
|
32 |
|
|
||||||||
|
Длина плавильной зоны L , м |
|
|
26 |
|
|
|||||||||
|
Пролет |
свода В, м |
|
|
|
|
|
7,5 |
|
|
|||||
|
Высота газового сечения А, м |
|
|
1,5 |
|
|
|||||||||
|
Площадь свода плавильной ванны F0-^ |
Нл, м2 |
|
7,5-26 = |
195 |
|
|||||||||
Потери тепла через 1 м2 |
свода |
составляют q0. с = 15 103 |
к к а л / ( м 2 ч ) . |
|
|
||||||||||
Состав высокосернистого мазута по рабочей массе: |
|
|
|
|
|||||||||||
|
CP = |
83,4% ; |
SP = |
2,9%; |
Н р |
= 10,0% ; |
О р + N p = |
0,4% ; |
|
|
|||||
|
№ р = 3 , 0 ; |
Л р = 0 , 3 % . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Теплота сгорания |
топлива |
QP = |
9170 ккал/кг. |
|
|
|
|
|||||||
Объем |
теоретически необходимого сухого воздуха |
|
|
|
|
||||||||||
|
v° = |
0,00889 ( С р |
+ |
0.375SP) + 0,265НР — 0,0333Ор = |
|
|
|
||||||||
|
= 0,0889 (83,4 + |
0,375-2,9)+ 0,265-10,0 — 0,0333 0,2 = |
10,15 м3 /кг. |
|
|||||||||||
Теоретический |
объем |
азота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
v°Ni = 0,79v° + 0,8 |
|
= |
0,79-10,15 + 0,8 |
= 8 ,02 |
м3 /кг. |
|
|
|||||||
Объем |
сухих |
трехатомных |
газов |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
U R 0 2 |
= 0,01866 ( С р + |
0,375SP) = 0,01866 (83,4 + 0,375-2,9)= 1,58 м3 /кг. |
||||||||||||
34
Теоретический объем водяных паров
и = 0,111НР + 0,0124ГР + 0,016Ь° =
= 0,111 10,0 г 0,0124-3,0 + 0,0161-10,15= 1,32 м^/кг.
При коэффициенте избытка воздуха (с учетом присосов) а = 1,1 объем водяных паров-.
У Н 2 0 |
= У ^ 2 0 |
+0,0161 (а - |
l)v |
= |
1,32 + 0.0161-0,1-10,15 = 1,336 м3 /кг. |
|||||
Объем |
дымовых |
|
газов |
|
|
|
|
|||
у г = у к о 2 |
+ < Ч + У Н 2 0 + (а - 1) о" = |
|||||||||
= 1,58 + |
8,02 + |
1,33 + |
0,1-10,15= 11,94 м3 /кг. |
|||||||
Парциальные |
давления |
газов: |
|
|
||||||
|
|
|
y |
R O a |
, |
1,58 |
|
, |
|
|
Р н о 2 = Р - ^ - = 1 Т Г 9 Т = |
а 1 3 2 а т ; |
|||||||||
P |
H O |
= J ^ o |
= 1 - ^ 3 6 =0,112 а т |
|
||||||
г |
н 2 ° |
|
и |
г |
|
11,94 |
|
|
|
|
Калориметрическую температуру сгорания определим из уравнения теплового |
||||||||||
баланса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QS + |
' B + ' T ^ M C , |
|
|
|
(И 31) |
|||||
где QP — низшая |
теплота сгорания |
топлива; |
||||||||
/ в |
— энтальпия |
воздуха; |
|
|
|
|||||
/ х |
— энтальпия |
топлива |
(мазута); |
|
||||||
vT |
— объем |
газов |
(продуктов |
сгорания); |
||||||
с г |
— средняя |
объемная |
теплоемкость; |
|||||||
tK |
— калориметрическая |
температура |
сгорания. Отсюда |
|||||||
U R 0 2 C C 0 2 + U N 2 C N 2 + « Н . О С Н , 0 + (О - 1) « С„
Определим калориметрическую температуру сгорания при работе на холодном воз
духе |
(tB |
= |
20° С). |
|
|
|
|
|
|
|
|
Здесь |
/ в = av°cBtv |
= 1,1-10,15-0,31-20 = |
69 ккал/кг; |
с т — теплоемкость |
ма |
||||||
зута; |
с т = |
0,415 + |
0,000бгх = 0,415 + |
0,0066900 = 0,475 |
ккал/(кгград); |
/ т = |
|||||
= 0,47590 = 42,7 |
ккал/кг. |
tK = |
|
|
|
|
|
||||
Предварительно |
|
принимаем |
2050° С |
и |
соответственно этой температуре |
||||||
выбираем |
из таблицы |
значения |
теплоемкостей. |
Тогда |
|
|
|||||
|
t |
- |
|
|
9170 + 69 + 42,7 |
|
|
= 2050°С |
|
||
к1,58-0,5801 + 8,02-0,3556+ 1,34-0,4711 + 0,1-10,15-0,3592
При работе на горячем воздухе tK = 800° С;
/ в = 1,1-10,15-0,33-800 = 2945 ккал/кг;
t = |
9170 + 2945 + 42,7 |
= 2560=С |
к |
1,58 0,5928 + 8,02 0,3630 + 1,34 0,4964 -+ 0,1-10,15-0,366 |
|
3* |
|
35 |
Вычислим коэффициенты использования мазута в печи при горячем дутье воз
духа |
(800° С и t0, |
г |
= 1260° С) по формуле |
из работы |
[1, с. 181]; |
|
||||||||
|
|
|
1 |
| |
Л- + 7в |
<7х. н + |
QM. Н "Ь Л), Г |
|
|
|
|
|||
|
Чгисп — 1 ~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
. 42,7 -1-2980 |
183,4 + |
0 + |
5670 |
n |
с п о |
|
|
|
||||
|
|
г |
|
9170 |
|
9170 |
|
° ' Ь |
^ |
|
|
|
||
Здесь |
энтальпия |
мазута, нагретого перед |
сжиганием |
при tT |
= |
90° С: |
||||||||
|
/т = crtT = 0,5-90 = 45 ккал/кг, |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
энтальпия воздуха, идущего на горение с температурой |
t& |
= |
800° С |
|||||||||||
|
/ в |
= сго°св*в |
= 1,10-10,05-0,337-800= 2980 |
ккал/кг; |
|
|
|
|||||||
энтальпия отходящих |
газов |
при температуре tQ, г |
= |
1260° С и а = |
1,10 |
|||||||||
|
7 о . г = ( ! R 0 2 C C 0 2 + » N , C N , + Д у в С в + у Н 2 0 С Н 2 о ) ' о . г = |
|
|
|||||||||||
|
= |
(1,58-0,546 + |
8,02-0,34 + 10,15-0,35 + 1,34-0,43) 1260 = 5670 ккал/кг; |
|||||||||||
средняя |
теплоемкость |
газов |
при 800° С |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
с ° - г = |
1194 4 2 6 0 = 0 , |
3 1 7 к к а л / ( м |
3 - г Р а д ) - |
|
|
|
|
|
|||||
Потерю тепла от химической неполноты сгорания принимаем по [1] |
||||||||||||||
|
<?х. „ = |
0.02QP = |
0,02-9170 = 183,4 |
ккал/кг. |
|
|
|
|
||||||
Коэффициент использования топлива при холодном воздухе (20° С) и t0. г = 1260° С
_ |
69 + |
42,7 |
183,4 + 0 + 5670 |
_ |
Лисп - 1 + |
9 1 |
7 0 |
9170 |
° ' 3 7 5 ' |
Количество тепла, переданного ванне (приближенно), при е п |
= 0,6, е м = 0 , 6 7 и | =0,62 |
|||||||||||||||||
Qiu = СагыгаНл1 |
( - щ - ) 4 Агср = |
4,9-0,6-0,7-0,62-195,0 X |
|
|
||||||||||||||
X |
( |
2 |
5 |
6 |
0 + 2 7 3 |
) 4 0,151 = |
23,9-10» ккал/ч. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Здесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д 2 |
с р |
= |
0,77 9* г |
— 6* = |
0.77-0.5422 |
— 0.5124 |
= 0,151. |
|
|
|
|
|||||||
Безразмерные |
|
температуры: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
„ |
|
|
|
|
1260 + |
273 |
п С й п |
|
_ |
|
1175+ 273 |
_ „ . , „ |
|
|
|
|||
° - Г _ |
|
|
2560 + |
273 - ° ' 5 4 2 |
' |
° М ~ |
2560 + |
273 |
~ ° - 5 |
U - |
|
|
||||||
Теоретическая |
|
производительность |
печи |
|
при горячем дутье (без простоев) |
|||||||||||||
г |
|
|
23,9.10е |
|
, |
|
|
|
24G2 |
|
24-64,7 |
. |
, |
" |
|
|||
° а |
= |
|
0,37-10» = |
6 4 , 7 Т / |
Ч И Л |
И |
А = |
~7Г = |
— Г 9 5 Г - = 8 т |
/ м |
в |
С у Т К И - |
||||||
где 0,37106 ккал/т — расход тепла на расплавление и перегрев шихты [6] . |
||||||||||||||||||
При холодном |
дутье |
|
|
( ^до273 |
)' ° - 1 |
|
|
|
|
|
||||||||
QIM = |
4,9.0,6-0,7.0,62-195 |
5 1 = |
Ю.7-10» |
ккал/ч. |
||||||||||||||
36
Теоретическая производительность печи на холодном дутье (без простоев):
«.-да-*-*
24&\ |
24-28,9 |
„ . „ |
в сутки. |
gi = р1- |
= — jgg — = |
3,55 т/м2 |
Расход мазута при холодном дутье
|
10,7 - 10 s + 2,925-10" |
|
S i = |
9170-0,375 |
= 3 9 6 0 К Г / Ч - |
Здесь 2,92510е ккал/ч — потеря тепла печью в окружающую среду [6]. Теоретический удельный расход условного топлива (без простоев)
3960 |
9170 |
b l = ~28!Г' |
7000"= 1 7 8 КГУТ^ ( ~ 1 8 % о т м а с с ы шихты). |
Часовой расход мазута при горячем дутье составляет
„ 23,9-106 + 2,925-1,25-10« - = 4330 кг. 9170-0,693
Потери тепла в окружающую среду приняты на 25% больше приведенных раньше. Расход мазута в автономном воздухоподогревателе при / в = 2945 ккал/кг и к. п. д. теплообменника т]р = 0,77
п
Д р =
4330-2945 |
] |
Й 0 |
П |
. |
9170-0,77 = |
1 |
8 2 |
° К Г / Ч ' |
|
Общий расход мазута на установку В = В2 + Вр = 4330 + 1820 = 6150 кг/ч.
Удельный расход условного топлива при горячем дутье (без простоев):
, |
6150 9170 |
. . . |
, |
„ о с п / ч |
|
2 = |
ЖТ'1(Ш |
= |
КГ/^Т |
ш и х т ы |
(12-5%)- |
Приведенный расход мазута
B i = 3960 - Ц ^ - = 8820 кг/ч.
Экономия топлива
Количество газов перед котлом-утилизатором Vr = B2va=1 1 5 = 4330-12,63 = 54 250 м3 /ч.
Принимаем котел-утилизатор типа УКЦМ-25/40 Белгородского завода со следу ющей характеристикой: расход газов через котел 55 000 м3 /ч; температура газов перед котлом 1250° С, за котлом 237° С; паропроизводительность D = 30 т/ч (воздухо подогреватель отсутствует); параметры пара: р = 40 ат и tn = 450° С.
Сравнительная экономия топлива в результате утилизации тепла
я |
_ D {in ~ in. в) _ 30 (675,1 - 110) |
_ |
||
К=У" |
QfrZ |
9170-0,82 |
- |
2 ' 2 6 Т / Ч |
или |
|
|
|
|
Эа= |
2,26/8,82-100 = |
25,6%. |
|
|
37
Общая экономия мазута от расхода топлива на холодном дутье и без утилизации тепла
Э2 + Э3 = 30 + 25,6 = 55,6%.
Проверим экономию топлива, расходуемого в отражательной печи, по формуле (11.28)
Э 2 = \ - В/В, |
= 1 |
|
1 1 l H C n 2 2 1 1 ^ |
Л |
||
0,375 |
1,17 |
/ |
, |
2980 |
0,3 (30%). |
|
0,693 |
1,275 |
V |
' |
9170-0,77 |
||
|
||||||
Здесь коэффициенты |
и z2 , |
учитывающие |
потери в окружающую среду, взяты из |
|||
работы [6], согласно которой эти потери составляют (15ч-30)-103 ккал/м2 пода в 1 ч.
Принимая |
хорошую |
изоляцию |
печи (уг |
= 0,081), |
|
2 1 = |
1 Уг = |
~ ~ Ц Г = |
1 |
2 7 5 |
- |
|
т)! |
0,375 |
|
|
|
При работе на горячем |
воздухе у2 |
= |
1,25-0,081 = 0,102 и |
||
1 |
_ |
|
|
|
|
|
0,693 |
|
|
|
|
экономия Э2 составила --'30% и, следовательно, расчет выполнен правильно.
Сравнение эффективности достижения высоких температур при сжигании топлива с кислородом или с горячим воздухом
Для достижения высоких температур сгорания топлива, по мимо подогрева воздуха, применяют также обогащение воздуха кислородом. Так, в доменных печах воздух обогащают кислородом до 30—35% (естественное среднее содержание кислорода в атмо сфере составляет 21%). Кислород подают также в шахтные печи цветной металлургии, в нагревательные печи безокислительного
нагрева и т. д. Можно достичь одной |
и той же калориметрической |
(а следовательно, и действительной) |
температуры сгорания путем |
высокотемпературного подогрева воздуха, идущего на сгорание топ лива в воздухоподогревателях рекуперативного или регенератив ного типа или обогащением воздуха кислородом до 96%, поступаю щим от кислородной установки (более высокая концентрация в дан ном случае не требуется). Как будет показано ниже, экономически выгоднее применять высокотемпературный нагрев воздуха в воз духоподогревателях современного типа с нагревом воздуха до 700— 1000° С. Особенно целесообразны воздухоподогреватели с авто номным обогревом природным или другим газом. Повышения темпе
ратуры достигают путем уменьшения объема |
продуктов |
сгорания, |
а именно, уменьшения объема азота Nt. Если |
обозначить |
буквой г |
38 |
|
|
содержание кислорода в воздухе (%), то дополнительный расход чистого кислорода, поступающего с кислородной установки:
vo°6= |
т§- - Z Z r - и |
° а ' |
м3 /единицу топлива, |
(11.33) |
||
где v° — теоретический |
расход |
воздуха на |
горение |
единицы топ |
||
|
лива; |
|
|
|
|
|
а' — коэффициент |
избытка |
(или более |
широко — коэффициент |
|||
расхода кислорода).
Количество азота при сжигании единицы количества топлива на
обогащенном |
воздухе |
будет: |
|
|
при жидком и твердом топливе |
|
|||
^ — O - w ^ ' + ^ w - |
( I L 3 3 ' a ) |
|||
при газообразном |
топливе |
|
||
|
|
|
NT |
|
|
Vn2 |
|
|
|
Здесь |
N p — |
содержание азота в рабочей массе |
топлива; |
|
|
N2 — то же, в |
газообразном топливе, % (объемн.). |
||
В |
остальном расчет не отличается от обычного |
расчета сгорания |
||
топлива. Для первого случая теоретический тепловой баланс топки
(без потерь тепла) будет |
выглядеть |
так: |
|
|||
К о а с С о 2 |
+ «о [0,79 + |
(а — 1)] C R 2 |
+ vl2cR2 |
+ |
||
+ |
Он2оСн2о) tK = Ql + |
/• |
|
(H.35) |
||
Здесь |
C R 2 — |
средняя |
теплоемкость двухатомных газов; |
|||
|
/ — |
энтальпия |
горячего воздуха. |
|
||
Для |
второго случая — при сжигании на |
обогащенном воздухе |
||||
при работе с коэффициентом избытка окислителя а', отличающегося от значения а:
{t»Ro,cco, + u 0 - y - [ ( l |
— - щ ) + ( « ' — 1)] cR , + |
W N . C / J , + |
||||
+ |
» H , O C H , O } * K = |
QS- |
|
|
|
(П.36) |
Полагая |
калориметрические температуры |
сгорания |
одинаковыми |
|||
и равными tK, °С, вычтем из уравнения (11.35) уравнение |
(11.36) |
|||||
lv0 |
[0,79 + (а - |
1)] - |
v0 ^ - [ ( 1 - |
+ (а' - |
1)]} cRJK = |
|
= |
v°acntB. |
|
|
|
|
(11.37) |
Из этого уравнения определим температуру воздуха tB, до которой необходимо нагреть его, чтобы получить ту же калориметрическую
39