Перспективы развития воздухонагревателей

Воздухонагреватели применяются в доменном производстве для подачи горячего воздуха в доменную печь. Эти регенеративные теплообменники впервые были использованы в ХIХ в.: Эдуард Альфред Каупер В 1857 г. Представил заявку на патент дутья, прототип воздухонагревателя. С того времени система горячего дутья подвергалась многочисленным усовершенствованиям и превратилась в систему горячего дутья, характеризующуюся высокой эффективностью.

Новые конструкции воздухонагревателей постоянно совершенствуются, и поиски возможностей снизить капитальные и эксплуатационные расходы и сократить выброс СО в наших конкурентных областях промышленности и в связи с ужесточением законов об окружающей среде будет продолжаться.

Современные исследования и разработки также включают оптимизацию систем рекупераций тепла от ходящего газа и связанные с этим более высокие температуры отходящего газа. Критичные компоненты конструкции воздухонагревателей включают керамическую горелку, поднасадочное устройство и насадку.

Насадки сохраняет тепло временно, в период фазы “газовый цикл”, и высвобождает тепло в холодном дутье во время фазы “ цикл дутья”. Выполняется из высокоглиноземистого или динасовогофутеровочного материала для противостояния высоким температурам, ползучести, цикличным температурным воздействиям и так далия.

Раньше отверстия для выхода газа засорялась отложениями и сажей, при этом снижалось эффективность насадок. В настоящее время применяют отверстия меньшего диаметра, поскольку газоочистительные установки гарантируют чистые газовые горючие вещества. Однако для насадок с более мелкими отверстиями для прохождения газов приходится принимать во внимание более высокий перепад температуры. Меньшая толщина стенок достигается за счет усовершенствований процесса изготовления.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 150411.51 09 01 18 00 ПЗ

Но инженеры будут продолжать уменьшать диаметр отверстий для выпуска газов и толщину стенок. Более того, проводится исследования в области материалов повышаемой плотности, поскольку их применение может повысить эффективность и привести к уменьшению объёма.

Керамическая горелка.Воздухонагреватель можно разделить на три группы в зависимости от типа конструкции горелки: встроенная, выносная и в куполе. В прошлом использовались механические горелки, но большинство из них было заменено на современные керамические. Новые воздухонагреватели всегда включают керамические горелки вместомеханических, что обеспечивает их долгий срок службы.

К характерным свойствам горелок относятся мощность, стабильность, выброс СО и чувствительность к пульсациям. Для определения и оптимизации характеристик сгорания проводится многочисленные серьезные исследования: компьютерное моделирование, лабораторных и промышленные эксперименты и измерения.

Срок службы керамических горелок сегодня составляет как правило, больше 15 лет, что возможно также и благодаря использованию более высококачественных футировочных материалов и улучшенному контролю технологического процесса. Более того, пульсации и вибрации были устранены, и современная керамическая горелка позволяет использовать различные составы газов обогащение кислородом.

В перспективе керамические горелки должны справляться с газами любого состава при разных скоростях и температурах, поскольку предварительный нагрев газа и воздуха будет общепринятой практикой и количество обогащающего газа сократиться. Это окажет влияние на скорости газа и воздуха и эксплуатационные качества керамических горелок. Будущие конструкции должны также гарантировать минимальные выбросы СО.

Поднасадочные устройство– один из критичных (механических) компонентов воздухонагревателя – выдерживает высокие температуры, большие перепады температур и значительные механические нагрузки в верхней части устройства насадок. Обычно состоит из колонн, балок и решеток и выполнено из чугуна, имеющего более высокую прочность на растяжение, чем футировочный материал.

Недавние и современные исследования в перовую очередь концентрируются на уменьшение массы и сокращении себестоимости. Это может быть достигнуто путем изменения проекта и применения альтернативных материалов с улучшенными механическими свойствами и

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 150411.51 09 01 18 00 ПЗ

экономией в массе.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 150411.51 09 01 18 00 ПЗ

Высокотемпературные материалы для поднасадочного устройства в наличии имеются, но механические свойства, позволяющие достичь высокого экономического эффекта, на всегда легко доступна. Особенно это касается высокотемпературных характеристик ползучести экономического чугуна, которые доступны редко из-за долгосрочных испытаний.

Системы утилизации тепла отходящего газа улучшают общую эффективность системы горячего дутья и следовательно,энергетическую эффективность, поскольку тепло отходящего газа частично используется теплообменниками. Если температура на выходе из воздухонагревателя увеличивается, то возврат и вклад системы утилизации тепла отходящих газов. Это позволяет проектировать воздухонагреватели меньшего размера и внешние системы теплообмена большего размера. При этом если относительная себестоимость теплообменника ниже, относительная себестоимость воздухонагревателя, то капитальные затраты сократятся.

Иногда тепло сгорания доменного газа оказывается слишком низкой, чтобы полностью отказаться от применения газа обогащения даже при использовании внешней системы утилизации тепла отходящего газа. Тогда можно воспользоваться дополнительной наружной горелкой доменного газа (дополнительный нагреватель) для создания дополнительного отходящего газа, необходимого для подогрева газа сгорания и воздуха до более высокой температуры.

Возможно, что со временем воздухонагреватели будут оснащены внешними системами утилизации тепла отходящего газа, а существующие системы будут оснащены такими внешними системами утилизации отходящего газа, которые повышали бы эффективность системы в целом и исключали пременение газа обогощения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 150411.51 09 01 18 00 ПЗ

2Практическая (проектная) часть

Расчет горения топлива

Исходные данные:

W=25г/м³n= 1,05t_В= 410

Состав газа приведен в таблице 1

таблица 1 – Состав сухих газов в процентах, %

СН₄	С₂Н₆	С₃Н₈	С₄Н₁₀	С₅Н₁₂	СО₂	N₂	Всего
90,8	5,4	1,2	0,3	0,7	0,6

Решение:

СН₄=90,8 = 88,06 %[ 1 ]

С₂Н₆= 5,4 0,97 = 5,24 %

С₃Н₈ = 1,2 0,97 = 1,16 %

С₄Н₁₀ = 0,3 0,97 = 0,29 %

С₅Н₁₂ = 0,7 0,97 = 0,67 %

СО₂ = 0,6 0,97 = 0,58 %

N₂ = 1 0,97 = 0,97 %

Х_н2о= 0,1242 * 25* = 3,02

Н₂О = 0,1242* 25*0,97=3,03

Q = 127,7 СО+108 Н₂+358 СН₄+590С ₂Н₄+555 С₂Н₆+636С ₂Н₆+913С ₃Н₈+1185С ₄Н₁₀+1465С ₅Н₁₂+234Н ₂S

Q=39798,1 кДж/м³

Определяетсяколичество воздуха, необходимого для сжигания топлива, по реакции горения составляющих газов.

СН₄+2О₂ СО₂+2Н₂О

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 150411.51 09 01 18 00 ПЗ

С₂Н₆+3,5О₂

2СО₂+3Н₂О

С₃Н₈+5О₂ 3СО₂+4Н₂О

С₄Н₁₀+6,5О₂ 4СО₂+5Н₂О

С₅Н₁₂+8О₂ 5СО₂+6Н₂О

Таблица 2 – Расход воздуха и количества продуктов сгорания м³

Топливо	Воздух	Продукты сгорания
состав	количество	О₂	N₂	Всегом³	СО₂	Н₂О	О₂	N₂	Всего м³
СН₄ С₂Н₆ С₃Н₈ С₄Н₁₀ С₅Н₁₂ СО₂ N₂ Н₂О	88,06 5,24 1,16 0,29 0,67 0,58 0,97 3,03	176,12 18,34 5,8 1,885 5,36	207,505*3,762		88,06 10,48 3,48 1,16 3,35 0,58	176,12 15,72 4,64 1,45 4,02 3,03		0,97
n=1	Σ		207,50	780,64	988,14	107,11	204,98		781,6	1090,08
%					9,7	18,7		71,6
n=1.05	Σ		217,88	819,66	1037,54	107,11	204,98	10,4	820,7	1143,2
%					9,4	17,93	0,9