IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В настоящее время топливно-кислородный источник энергии рассматривают как мощный рычаг технического прогресса высокотемпературных теплотехнических систем. Основой реализации такой возможности является переход от топливно-воздушного источника энергии к топливно-кислородному источнику получения теплоты.

Обогащение атмосферного воздуха кислородом является таким же эффективным средством улучшения использования оргтоплива, как подогрев атмосферного воздуха и оргтоплива [3]. Увеличение содержания кислорода в воздухе уменьшает балласт в виде азота и ведет к уменьшению количества дымовых газов и соответственно отходов теплоты из высокотемпературной ступени установки. В этом случае оргтопливо может оставить больше теплоты в технологической топке, а вследствие обогащения атмосферного воздуха кислородом коэффициент использования топлива (КИТ) повышается. Действие технического кислорода аналогично действию подогрева воздуха и топлива. Например, содержание в воздухе примерно 50% объема кислорода дает такой же эффект в мартеновской печи, как и подогрев атмосферного воздуха до 1000 ⁰С, при исходном КИТ = 0,55. Подогрев обогащенного кислородом воздуха перед сжиганием оргтоплива значительно повышает КИТ. Например, подогрев воздуха с 50% объема кислорода до 1000 ⁰С увеличивает КИТ в мартеновской печи с 0,55 до 0,7, чего нельзя достигнуть даже при 100% объеме кислорода в воздухе [3, c. 126]. Увеличение КИТ на 0,15, т. е. примерно на 27% от исходного (0,55) означает сокращение расхода оргтоплива и кислорода на 27%. Таким образом, регенерация теплоты и при атмосферном воздухе, обогащенном кислородом, остается весьма эффективным средством повышения КИТ. Поэтому, не следует противопоставлять регенерацию теплоты и обогащение воздуха кислородом друг другу, а эффективнее всего их сочетать [3].

При обогащении атмосферного воздуха технологическим кислородом приходится решать задачи по определению расчетного состава воздуха, подаваемого на горение. Решение таких задач позволяет осуществлять применение методики, предложенной Г. М, Климовым [2, c. 23…33], базирующейся на понятии условного углеводородного соединения (УУС). Химическая формула УУС для влажного атмосферного воздуха с влагосодержанием 10 г/кг сухого воздуха согласно [2, c. 32] следующая по массе 10^-2[Н_0,1112 О_{23,9424N75,9464}]. Нижние цифровые индексы обозначают массовую долю (в % по массе) указанных химических элементов (водорода, кислорода, азота) во влажном атмосферном воздухе.

Для получения 1 кг влажной кислородовоздушной смеси химической формулы УУС 1[H_в O_кNаз]²_см необходимо Z_к кг чистого сухого 100% кислорода химической формулы УУС Z_к[O_100,000]^d_k смешивать с влажным атмосферным воздухом химической формулы УУС (1 – Z_k) [H_0,1112 O_{23,9424N75,9464}]^r_в согласно уравнению:

Z_к[O_100,000]^d_k + (1 – Z_k) [H_0,1112 O_{23,9424N75,9464}]^r_в = 1[H_в O_кNаз]^r_см (1)

Согласно (1), на базе закона сохранения массы производя уравнивание масс одноименных элементов в левой и правой части уравнения (1), можно находить численные значения буквенных индексов, т. е. решать практические задачи. При уравнивании получаем:

Z_к·100 + (1 - Z_к)·23,9424 = 1·К, кг; следовательно Z_к = 1,3148 (10^-2·К – 0,239424), кг (2)

Для получения влажной кислородовоздушной смеси с требуемой концентрацией кислорода К, % по массе, следует смешать Z_к кг чистого 100-процентного кислорода с (1 - Z_к) кг влажного атмосферного воздуха.

Для получения требуемых значений в м³ при нормальных физических условиях (НФУ) используют значения плотностей р, кг/м³: молекулярного кислорода 1,4292; азота 1,2506; водорода 0,0899; влажного воздуха 1,2853.

V_к⁰ = Z_к⁰ / p_н2⁰ = 0,6997 · Z_к⁰, м³; V_вл.в⁰ = 0,7780 · Z_вл.в⁰, м³; VN₂⁰ = 0,7996 · ZN₂ ⁰, м³;

V_Н2⁰ = 11,1235 · Z_Н2 ⁰, м³. (3)

Уравнение (1) можно записать через объемы кислорода, обогащающего атмосферный воздух: V_к⁰ · 1,4292[O_100,000]^d_k + [1 - V_к⁰ · 1,4292] · 1,2853 · [H_0,1112 O_{23,9424N75,9464}]^r_в.вл. = [1 / p_см⁰] · [H_в O_кNаз]^r_см, кг.

Согласно закону сохранения массы, производя уравнивание по химическим элементам, по уравнению (2) можно находить значения требуемых буквенных величин (индексов). По уравнениям (1) и (2) можно построить графики, облегчающие трудоемкость технических расчетов. Работа в этом направлении продолжается. Одной из существенных предпосылок применения топливно-кислородного источника тепловой энергии [1] является обеспечение наиболее высокого уровня снижения удельного расхода оргтоплива при переходе от топливно-воздушного источника энергии к топливно-кислородному.

Литература:

1. Федеральный закон от 23 ноября 2009 года № 261-903 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации.

2. Климов Г. М., Климов М. Г., Цой Е. Н. Органическое топливо для котельных установок/Методическая разработка для студентов специальности ТГВ, БЖД., - Нижний Новгород: ННГАСУ, 2004. – 44 с.: ил.

3. Семикин И. Д., Аверин С. И., Радченко И. И. Топливо и топливное хозяйство металлургических заводов. – М.: Металлургия, 1965. – 392 с.: ил.

Код для цитирования: Скопировать