Использование тепла продуктов сгорания, отводимых от печей, для на­грева воздуха и газа имеет большое значение для повышения эффективности использования топлива в печах.

Экономию топлива, достигаемую путем рекуперации тепла, можно под­считать с минимальным числом замеров и определений, исходя из жаропро — изводительности топлива.

Тепловой баланс печей, работающих на газообразном и жидком топливе, может быть представлен в следующем виде:

Я + Яг + Яэ + Яъ ~ 100%,

Где дг — используемое в печи тепло, %;

Д2 — физическое тепло продуктов горения, %;

Д3 — потенциальное тепло продуктов горепия (потери вследствие непол­ноты горения), %;

Дъ — суммарные потери тепла в окружающее пространство.

Обозначим потенциальное тепло сжигаемого топлива и процент потерь — тепла с продуктами горения а. Следовательно, д2 +<?з= а%-

Если продукты сгорания уносят а% тепла, то используется в печи и те­ряется в окружающее пространство 100 — а% тепла.

Количество тепла, используемое в печи и теряемое в окружающее про­странство, обозначим

„ 0(100 — а) „ 100Я

П = -~100 ккал; (? = 100_а ккал.

Пусть в процессе рекуперации в печь возвращается часть тепла продуктов горения, обозначаемая Й. В этом случае процент потерь тепла с продуктами горения составит а (1 — й), и в печи сжигается соответственно меньшее ко­личество газа. Обозначим потенциальное тепло газа, сжигаемого в печи с ре­куперацией тепла, <2г-

Принимая, что тепло, используемое в печи и теряемое в окружающее пространство, обозначаемое П, не меняется при введении рекуперации, под­считываем экономию топлива, достигаемую при введении рекуперации, за счет возвращения в печь части тепла, теряемого с уходящими газами. Тогда

~ 10077

— 100 — а (1 — Д) ККаЛ’

Уменьшение количества потенциального тепла, подводимого в печь с га­зом, вследствие рекуперации определяется как разность

А() = 0 — ккал.

Экономия тепла в процентах по отношению к расходу тепла без рекупе­рации

Э = «?-<?!) 100^

<2

Подставляя вместо и их значения, получим 100Я 100 П

100 — а ~ 100 — а (1 — Я) ] [10] _ д-Л-100

Э =

(З — 100Я 100— а + аЯ’

Итак, в процессе рекуперации экономия топлива тем больше, чем выше потери тепла до рекуперации с продуктами сгорания и чем больше степень рекуперации тепла, содержащегося в продуктах сгорания Я.

Дополнительно должен быть оценен эффект, достигаемый при рекупера­тивном подогреве воздуха и газа за счет повышения температуры в печи и интенсификации ее работы, а также вследствие уменьшения потерь тепла от химической неполноты горения при нагреве воздуха и газа.

Подсчет 1.

От термической печи, работающей на мазуте, продукты сгорания отводятся в реку­ператор. Располагаемое тепло продуктов сгорания до рекуператора равно 30% по отно­шению к теплосодержанию сжигаемого в печи мазута (</2). Потери тепла вследствие хими­ческой неполноты горения составляют 5% от теплосодержания сжигаемого в печи топ­лива (д3). Физическое тепло нагретого в рекуператоре воздуха равно 15% по отношению и располагаемому теплу продуктов сгорания.

Подсчитать, чему равиа достигаемая при рекуперативном подогреве воздуха эко­номия мазута.

Суммарное теплосодержание продуктов сгорания а равно

А д.2 + <73 = 30 + 5 = 35%.

Степень рекуперации тепла

0, 15-7о 0,15-30

Л = = А,,,,- —= 0,13.

7з + ?з 30 + 5

Экономия мазута

ЕЯ-100 35-0,13-100

Э = 110 —е + аЯ = 100 — 35 + 35-0,13 = 6’5"’

Благодаря рекуперации тепла экономия топлива равна 6,5%, в то время как рас­полагаемое тепло нагретого в рекуператоре воздуха равно 0,15^ или 0,15-30 = 4,5% от теплосодержания сжигаемого мазута.

Следовательно, каждая калория, внесенная в печь с нагретым в рекуператоре возду­хом, экономит больше одной калории сжигаемого в печи топлива. Это объясняется тем, что тепло, выделяемое в печи в результате сжигания топлива, частично уносится уходя­щими газами (//:, п д3) и лишь в остальной части используется в печи и теряется в окру­жающую среду, в то время как тепло, вносимое в печь подогретым в рекуператоре возду­хом, полностью используется в печи или теряется в окружающую среду (?5). Таким образом, чем выше располагаемое тепло уходящих газов д2 и потери тепла вследствие химической неполноты горения <73, тем большее число калорий в виде тепла сжигаемого топлива заменяет калория тепла, вносимая в печь нагретым в рекуператоре воздухом.

Подсчет числа калорий потенциального тепла топлива Т, заменяемых одной калорией тепла, вносимой в печь нагретым в рекуператоре воздухом, может быть проведен по формуле

Т = (XXX.2)

В приведенном выше подсчете

Э 6,5

Т = = 35-0,13 = 1’44-

Подсчет 2.

Продукты полного сгорания природного газа с содержанием С02 10,4% отводят из печи с температурой 1000° Подсчитать экономию топлива Э (в %) и определить, сколь­ко калорий тепла сжигаемого газа экономит каждая калория, вносимая в печь, с подогре­тым в рекуператоре воздухом при степени рекуперации тепла Я 0,2; 0,4 и 0,6.

Величина Ъ равна 5,00. Определяем потери тепла с уходящими газами по формуле XXIV.1. По табл. 100, стр. 262

При степени рекуперации тепла продуктов сгорания В = 0,2 а Л= 0,2-50 = 10,

100аЛ 100-10

А____________________________ 4К Ко/

— 100 — а -(- а Л — 100— 50_+10 ~ 10,0 ‘

В этих условиях каждая калория тепла, вносимая воздухом, экономит следующее ко­личество калорий сжигаемого газа

Э 16,6

Т = —гг = — гг;— = 1,66 ккал.

АП 1)

При степени рекуперации тепла продуктов сгорания II = 0/1 аЯ -= 0,4-50 = 20,

1(0-20

А_______________ 9й кч-

^ — 100 — 50 + 20 ~

28,6

Т = ~2ц ‘ = 1,43 ккал.

При степени рекуперации тепла продуктов сгорания Л = 0,6 аЛ = 0,6-50 = 30%,

Юо-зо

3 = 100 — 50 + 30 =

37,5

Т = ~зо~ = *»^5 ккал.

Приведенный подсчет иллюстрирует снижение числа калорий топлива, замещаемых одной калорией тепла, вносимого с подогретым воздухом при увеличении степени рекуперации тепла продуктов сгорания Я.

Подогрев воздуха позволяет значительно повысить эффективность исполь­зования топлива в промышленных печах.

Долгое время считалось, что применение рекуперативного подогрева воздуха противопоказано при сжигании газа в горелках полного предвари­тельного смешения вследствие опасности воспламенения газовоздушной сме­си перед горелками в смесительных устройствах. Однако ото опасение, спра­ведливое при работе на коксовом и водяном газах, содержащих около 50% высокореакционноспособного молекулярного водорода н обладающих соот­ветственно высокой скоростью распространения пламени, является необос­нованным при сжигании газов с малой скоростью распространения пламени. К числу этих газов принадлежат важнейшие виды газообразного топлива, а именно: природные и нефтепромысловые газы, состоящие в основном из малореакционноспособного метана, а также доменные п другие газы с высо­ким содержанием балласта.

Исследованиями, выполненными в Энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского Академии наук СССР, установлена возможность безопасной работы горелок полного предварительного смешения при сжи­гании газов с малой скоростью распространения пламени с рекуперативным подогревом воздуха до 400—500° [98, стр. 133]. Результаты исследований института нашли широкое применение при сжигании доменного газа [169].

Таким образом, вполне возможно сочетание двух весьма эффективных методов использования газа в качестве топлива: с применением рекуператив­ного подогрева воздуха и горелок полного предварительного смешения.

При сжигании газа в небольших промышленных печах весьма желательно — применение инжекционных горелок полного предварительного смешения, работающих без принудительной подачи воздуха, связанной с расходом элек­троэнергии на привод вентиляторов, и обладающих весьма важной способ­ностью — поддерживать заданное соотношение сжигаемого газа и подсасыва­емого воздуха без применения автоматики.

Применение указанных горелок в сочетании с рекуперативным^подогре- вом воздуха часто признается невозможным вследствие того, что инжекцион-

Ные горелки мало приспособлены к работе в условиях повышенного сопро­тивления по тракту и ис могут подсосать необходимый для горения воздух через рекуператоры. Однако это справедливо лишь в условиях, когда в печах создается некоторое противодавление, и, в частности, в тех случаях, когда продукты сгорания выпускают из печей не в дымовые трубы, а непосредствен­но в атмосферу цеха.

Для поддержания в кузнечных, термических и других горячих цехах здо­ровой атмосферы, пе содержащей окислов азота, повышенного количества углекислого газа, а в случае неполноты сгорания топлива также токсичной окиси углерода и несгоревшнх углеводородов, необходимо продукты сгора­ния отводить в дымовые трубы. Тогда при создании некоторого разрежения в печах можно применять инжекционные горелки полного предварительного смешения, подсасывающие весь необходимый для горения объем воздуха из атмосферы через рекуператоры, обладающие небольшим сопротивлением.

На рис. 29 [98, стр. 140] показана схема установки Энергетического ин­ститута АН СССР, работ-лющан по рассматриваемому методу. Газ с высоким

Содержанием метана и низшей теплотой сгорания порядка 6000 ккал/нм поступал под давлением около 3000 мм вод. ст. в инжекционную горелку, под­сасывая необходимый для горения воздух из атмосферы через рекуператор 1. Сжигание газовоздушной смеси осуществлялось в огнеупорном туннеле 2. Продукты полного сгорания отводились в трубу.

На рис. 30 изображена термическая печь, установленная в Энергетиче­ском институте и работающая на сжиженном газе, сжигаемом в инжекцион — ных горелках, с подсосом всего необходимого для горения воздуха через рекуператор [98, стр. 107].

Сжиженный газ из баллона, установленного на весах, поступал по гибкому шлангу в инжекционную беспламенную горелку, смонтированную в термиче­ской печи. Продукты сгорания отводились через рекуператор в трубу.

При сжигании сжиженного газа в горелках полного предварительного смешения 1 м3 газа инжектирует 25—30 мл воздуха. При сжигании природ­ного газа приходится инжектировать лишь около 10 ми воздуха на 1 м3 газа, т. е. в 2,5—3 раза меньше, чем при работе на сжиженном газе.

Поскольку к большинству промышленных предприятий подведен при­родный газ среднего или высокого давления, в ряде случаев представляется возможным осуществить сжигание газа б инжекционных горелках, работа­ющих в сочетании с рекуперативным нагревом воздуха, и повысить благодаря этому эффективность использования газа.

Следует отметить, что при подогреве воздуха представляется возможным осуществить сжигание отбросных газов с пониженной жаропроизводитель — ностыо [207—209].