ПОДОГРЕВ СЖАТОГО ВОЗДУХА ПЕРЕД ВОЗДУХООБМЕННИКОМ КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ЕГО РАСХОДА

HEATING COMPRESSED AIR BEFORE THE AIR EXCHANGER AS AN EFFECTIVE METHOD FOR REDUCING ITS COSTS

Svetlana Naberezhneva

master, Department of Theoretical and Industrial Thermal Power Engineering, Voronezh State Technical University,

Russia, Voronezh

Ekaterina Kamysheva

master, Department of Theoretical and Industrial Thermal Power Engineering, Voronezh State Technical University,

Russia, Voronezh

АННОТАЦИЯ

В статье описывается простой и эффективный способ уменьшения расхода сжатого воздуха путем его подогрева перед воздухоприемником.

ABSTRACT

The article describes a simple and effective way to reduce the flow of compressed air by heating it in front of the air intake

Ключевые слова: сжатый воздух, подогрев, эффективность, экономия.

Keywords: compressed air, heating, efficiency, economy.

Эффективным и несложным способом экономии расхода сжатого является его нагревание перед поступлением в пневматические приемники. Подогрев сжатого воздуха уменьшает его массовый расход и увеличивает удельный объем воздуха. Так как подогрев происходит при постоянном давлении, то удельный объем воздуха изменяется прямо пропорционально изменению абсолютной температуры.

                                                                                                                           (1)

В цилиндрах пневмоприемников происходит объемный расход воздуха, т.е. расходуется неизменное по объему количество воздуха V, м³. Отношение массового расхода воздуха до подогрева m₁ к массовому расходу после подогрева m₂ выглядит следующим образом:

                                                                                                                    (2)

Отсюда , а уменьшение массового расхода равно

, кг.                                                                                                 (3)

В условиях, когда воздух расходуется на истечение в соплах для обдувки, в форсунках, пескоструйных аппаратах, а также при утечках массовый расход определяется формулой

, кг/с,                                                                                                    (4)

где  μ – коэффициент расхода;

f – площадь самого узкого сечения, м²;

P₁ – давление воздуха, Н/м²;

v₁ – удельный объем воздуха, м³/кг.

Соотношение массовых расходов воздуха до и после подогрева равно

,                                                                                                              (5)

откуда определяется уменьшение массового расхода

, кг.                                                                                           (6)

Таким образом, при подогреве воздуха от 20 до 180 °С расход на работу пневматических машин по формуле (3) уменьшится на                 

а расход на работу в соплах и на утечки по формуле (6) соответственно уменьшится на

На рисунке 1 показаны зависимости экономии сжатого воздуха для объемного расхода и для истечения от степени подогрева и начальной температуры.

Рисунок 1. Экономия воздуха при его подогреве: 1 – полный расход, 2 – утечки

Сравнительный эксперименты не один раз доказывали выгодность подогрева воздуха. Особенно такой способ выгоден за счет теплоты уходящих газов различных агрегатов. Подогрев воздуха, используемого в пескоструйных аппаратах, помимо экономии заметно улучшает работу аппарата, так как при расширении воздуха не происходит увлажнение песка, что устраняет забивание сопел и уменьшает простои, вызванные необходимостью прочистки сопел. Так же такой способ весьма благоприятно отражается на работе форсунок при сжигании топлива.

Подогрев сжатого воздуха от 40 до 300 °С уменьшает его расход на 25%, так же увеличивает теплоперепад на 90%, скорость истечения на 35%, а кинетическую энергию на 85%. Температура подогретого воздуха в конце расширения равна +60 °С; в то время как расширение неподогретого воздуха снизило бы его температуру до -93 °С, что ухудшает распыление мазута. Подогрев устраняет затраты теплоты на испарение сконденсировавшейся влаги. Процессы сжигания идут более совершенно, что приводит к экономии.

При подогреве всегда требуется учитывать возможность возгорания или даже взрыва паров масла, поэтому наиболее важным условием безопасности использования подогрева компрессионного воздуха является тщательное отделение масла от воздуха до поступления его в подогреватель. Так же важно выбирать масло с температурой вспышки не менее 220 °С и проводить периодическую продувку, промывку и очистку воздуховодов. В большинстве случаев подогрев сжатого воздуха производится не более чем до 150 °С по соображениям безопасности, на более высокий подогрев можно идти при наличии мероприятий, обеспечивающих надежное маслоотделение и своевременную очистку от масляных отложений.

Длительная и безаварийная работа подогревательных установок может быть обеспечена при соблюдении следующих основных правил:

подогреватель следует устанавливать ближе к дымовой трубе, в зоне температур дымовых газов не превышающих 600..650 °С;

необходимо обеспечить непрерывное протекание сжатого воздуха через подогреватель для охлаждения труб, так как включение подогревателя при работающей печи приводит к его перегоранию;

исключить попадание масла в подогреватель, а подогретого воздуха – в воздухосборники и маслоотделители;

периодически продувать паром подогреватель и участки воздухопровода до подогревателя, чтобы исключить образование масляных отложений;

при остановках промывать подогреватель и участки магистрали до подогревателя горячим 10% раствором едкого натрия с последующей продувкой паром.

В качество воздухоподогревателя используется теплообменный аппарат промышленного изготовления с некоторыми модернизациями конструкции. Охлаждение воздуха для удаления масла и влаги, а затем его нагрев обеспечивает сокращение его расхода на 20%, устраняет снижение давления в трубопроводе вследствие конденсации влаги и повышает его работоспособность на 15% [2].

Расход топлива на подогрев топлива равен:

, кг,                                                                                                                 (7)

где  Vн – количество подогреваемого воздуха, м³;

C_p – средняя теплоемкость воздуха, Дж/(м³·°С);

Δt – разность температур воздуха до и после подогрева, °С,

 – теплотворность топлива, Дж/кг;

η_п – КПД подогрева, учитывающий потери в подогревателе и трубопроводе.

Удельный расход условного топлива на 1 м3 воздуха равен:

, кг/м³.                                                                                                          (8)

Если вследствие подогрева экономится а% воздуха, а надо подогреть  воздуха, то в подогревателе необходимо затратить следующее количество топлива:

, кг/м³.                                                                                       (9)

При получении одинакового количества воздуха разность расходов воздуха  может быть положительной, в таком случае имеет место экономия топлива в результате подогрева воздуха, и отрицательной, это значит, что был совершен перерасход топлива. Отношение расхода топлива на выработку 1 м³ воздуха b_в к расходу топлива на подогрев воздуха b_п, обеспечивающего экономию 1 м³ воздуха, называют критерием эффективности:

.                                                                                                                     (9)

При коэффициенте Кэф > 1 подогрев воздуха эффективен, Кэф < 1 – подогрев неэффективен. Этот критерий дает возможность сопоставить расход топлива на подогрев воздуха и на выработку электрической энергии станцией для производства компрессорного воздуха в количестве сэкономленном при подогреве.

Список литературы:

1. Мордасов А.Г., Добромиров В.Е., Стогней В.Г. Оптимальное использование и экономия энергоресурсов на промышленных предприятиях: Учеб. пособие. – Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 1997. – 240 с.
2. Букато В.М. и др. Вторичные энергетические ресурсы – резерв экономии. Минск, 1985. 87 с.