Înlocuirea bigazului alcătuit din gaz metan și gaz furnal, cu gaz de furnal sută la sută, la încălzirea cauperelor

1 Generalităţi

În prezent la încălzirea cauperelor furnalelor, se utilizează gazul de furnal în amestec cu gazul metan sau cu gazul de cocserie (bigaz sau trigaz).

Lucrarea are ca obiectiv înlocuirea bigazului alcătuit din gaz metan şi gaz de furnal cu gaz de furnal în proporţie de sută la sută. În acest fel se obţin importante economii de gaz metan care, după cum se ştie, este un combustibil deficitar şi scump. Condiţia care trebuie realizată este ca în cazul arderii gazului de furnal, în proporţie de sută la sută, să se obţină aceeaşi cantitate de căldură ca în cazul arderii bigazului înlocuit.

Procedeul de ardere care face obiectul prezentei lucrări, constă în utilizarea la ardere a gazului de furnal a aerului îmbogăţit cu oxigen. Proporţia de oxigen din aerul de combustie depinde de compoziţia chimică a combustibilului, de puterea calorică a acestuia şi de temperatura de ardere care trebuie realizată. Procedeul prezentat în lucrare are următoarele avantaje:

• Economie de gaz metan, combustibil scump şi deficitar;

• Reducere importantă a costurilor.

• Diminuarea poluării mediului înconjurător prin reducerea cantităţii de gaze arse.

2 Consideraţii teoretice

În prezent la cauperele furnalelor se utilizează bigaz alcătuit din gaz metan şi gaz de furnal cel mai frecvent în raportul GM/GF de 0,04.

Caracteristicile gazului de furnal Tabel nr.1

Compoziţie chimică, [%] Putere calorică, Hi [kJ/Nm3]

H2O CO2 O2 CO CH4 H2 N2

2,30 18,00 0,20 22,45 0,20 6,15 50,70 3306

Caracteristicile bigazului, gaz metan - gaz de furnal Tabel nr.2

GM/

GF GM/

BIG GF/

BIG Compoziţie chimică, [%] Putere calorică, Hi [kJ/Nm3]

H2O CO2 O2 CO CH4 H2 N2

0,04 3,85 96,15 2,211 17,307 0,192 21,585 4,042 5,913 48,750 4468

În cazul arderii bigazului considerat, arderea având loc cu aer atmosferic, temperatura flăcării se calculează cu relaţia:

(1)

în care:

tf - temperatura flăcării, [ºC];

Hi - puterea calorică inferioară a combustibilului, [kJ/Nm3] ;

- efect termic al arderii incomplete a combustibilului, care depinde de conţinutul de CO şi CH4 din gazele arse [kJ/Nm3] ;

tcb - temperatura combustibilului, [ºC];

ccb - căldura specifică a combustibilului, [kJ/Nm3grad];

Lr - consum de aer de combustie , [Nm3aer/Nm3cb];

ta - temperatura aerului de combustie, [ºC];

ca - căldura specifică a aerului de combustie, [kJ/Nm3grad];

Vga - cantitatea de gaze arse , [Nm3ga/Nm3cb];

cga - căldura specifică a gazelor arse, [kJ/Nm3grad].

Pe de altă parte se măsoară temperatura gazelor arse la cupola cauperului, tcupola.

Se determină randamentul “ ” care ţine cont de pierderile de căldură de la arzător până la cupola cauperului, cu relaţia:

(2)

în care:

tcupola - se măsoară [ºC];

tf - se calculează cu relaţia (1).

Înlocuirea bigazului cu gaz de furnal sută la sută se face cu condiţia ca în cele două situaţii ce privesc combustibilul utilizat, cantitatea de caldură a gazelor arse rezultate să aibă aceeaşi valoare. Ca urmare încălzirea grătarelor cauperului se realizează în mod egal, ceea ce conduce la obţinerea aceloraşi parametri termodinamici ai aerului cald insuflat în furnal.

Condiţia obţinerii aceleeaşi cantităţi de căldură a gazelor arse în cele două situaţii ce privesc combustibilul utilizat este dată de relaţia: