1.Введение.

Газовые продукты некоторых технологических циклов являются носителями большого количества химических циклов. К таким газам можно зачислять [1] доменный и конверторный газы (в черной металлургии), колошниковый газ (в цветной металлургии) и примерно: газы из циклов рафинации и дистиляции, горючие газы из нефтехимических циклов, очистительный газ в установках синтеза аммиака и послереакционный газ в производстве формальдегида (в химической промышленности).

Химическая энергия постцикловых газов должна быть использована. В противном случае постцикловые газы являются затруднительными отходами, чаще всего сгораемыми в т.н. факелах. Перед сгоранием в факелах эти газы требуют очистки, а нередко дополнительного обогащения другими газами высшей теплотворности. Полезное использование постциклового газа может привести к субституции значительного количества определенного, применяемого до сих пор основного топлива, напр. нефтяного газа, коксового или смешанного газа. При низкой калорийности постциклового газа, основное топливо замещают смесью высокого и среднекалорийного газа и одного или больше постцикловых газов. Среднекалорийные постцикловые газы теплотворностью выше 8 МJ/м3 (180 МJ/ кмоль) могут замещать основное топливо без дополнительного обогащения другим топливом. В нагревательных печах субституция основного топлива постцикловыми газами сводится к обеспечению в условиях субституции тех же технологических условий, какие были в основном цикле (перед субституцией). Условия эти требуют сохранения перед и после субституции топлива такого самого распределения температур газов сгорания в печи.

Использование горючих постцикловых газов, кроме энергетической экономии (химической энергии топлива) приводит к уменьшению эмиссии вредных продуктов цикла сгорания. Эффекты использования постцикловых газов были определены путем сравнения эксплуатационных результатов после их утилизации с результатами т.н. базового цикла (до использования постцикловых газов).

Оценка экологических эффектов была ограничена до анализа эмиссии NOx и СО2.

Энергетические эффекты

При постоянной полезной мощности печи энергетические эффекты использования постцикловых газов хорошо определяет показатель относительной экономии химической энергии топлива [2]:

w = 1 - E/Eo (

при чем: Е, Е0 - химическая энергия сгораемого в печи топлива перед и после использования постцикловых газов.

При определении значения Е необходимо учесть ограничения, возникающие из условий субституции базового топлива топливом субституционным (постцикловый газ и обогащенное топливо). Общие условия субституции приведены в [3]. Из них видно, что применяемое до сих пор топливо можно заменить другим, если при сгорании обеих получается то же самое значение следующих параметров:

- калориметрической температуры сгорания;

Ткал.о = Ткал. (

- теплоемкость газов сгорания;

РоRо = PR, (

при чем: Р - количество сгораемого топлива,

R - удельная теплоемкость топлива,

- эмиссионная способность газов сгорания;

(

Индексом о обозначены параметры касающиеся применения базового топлива.

На основании зависимости ( можно определить предел субституции базового топлива субституционным топливом, содержащим постцикловый газ и обогащенное топливо. Предел субституции можно определить молярной энергией постциклового газа в субституционном топливе.

Выполнение условия ( можно получить соответствующим рекуперационным подогревом воздуха сгорания и субституционного топлива. Дискриминантом этого подогрева может быть единичное приращение энтальпии субстрактов цикла сгорания (воздуха и газового топлива) на единицу сгораемого субституционного топлива.

Выполнение условия ( можно получить путем применения карборирующих веществ (напр. гарное масло, мазут или смола).

Обсуждаемые условия субституции топлива зависят от количества утилизированного постциклового газа и от его теплотворности Ниа. Количество газа в настоящей работе принято определять отношением ZЕ использованной химической энергии топлива сгораемого в базовом цикле.

На представлены результаты многовариантных расчетов обсуждаемых условий субституции.

В расчетах принято, что максимальное значение дг соответствует исключительному подогреву воздуха на DТмакс.=1000К. В качестве базового топлива принято смешанный газ (доменный+коксовый), обогащающим топливом был коксовый газ. Состав постцикловых газов был определен на основании статистического анализа промышленных горючих отходовых газов.

Экологические аспекты

При сгорании топлива получаются вредные для окружающей среды отходовые продукты. Оценку влияния использования отходовой энергии на эмиссию вредных веществ можно произвести при помощи показателей относительной редукции эмиссии вредных веществ.

(i=CO2 , NOx)

причем: mi, moi - эмиссия i-того вредного вещества до и после использования постцикловых газов.

Теоретический показатель может принимать как положительные (при уменьшении эмиссии) так и отрицательные (при увеличении эмиссии) значения.

Эмиссия двуокиси углерода зависит от количества сгораемого топлива и его рода. Концентрацию окислов азота можно определять из равновесного состава соответствующих химических реакций или из условия термодинамического равновесия напр. минимизируя свободную энтальпию. В работе был использован второй метод [1] определения концентрации NOx в газах сгорания. Доля NOx в газах сгорания (при постоянном значении отношения избытка воздуха) зависит от рода топлива и температуры подогрева субстрактов цикла сгорания.

Результаты многовариантных расчетов показателей СО2 и NOX представлены соответственно на 2 и В расчетах принято выполнение условий субституции топлива обсужденных в пункте При определении значения mCO2o, mNOxo учтена необходимость сгорания неиспользованного постциклового газа в факеле. Принято при этом, что в случае если этот газ имеет калориметрическую температуру ниже 1400 оС при его сгорании в факеле требуется его обогащение топливом с высшей теплотворностью.

Литература

Koziol J. Wartosc opalowa miernikiem jakosci palnych produktow gazowych procesu technologiczneg Hutnik-Wiadomosci Hutnicze 1995 nr 12.

Szargut J. Energetyka cieplna w hutnictwie; Slask, 1983.

Jeschar R. Austauschbewertung von Brennstoffen in Warmeofen (praca niepublikowana).

Kurpisz K. Tlenki azotu w rownowagowych spalinach wysokotemperaturowych: Archiwum Eneregtyki, 1990, nr 1-2.