Материал: Вторинні енергетичні ресурси та енергозбереження - Навчальний посібник (Самохвалов В.С.)


4.3. підігрів стисненого повітря перед споживачем

Підігрів стисненого повітря перед споживачами забезпечує «суху», без випадання вологи, роботу установок і збільшує його ентальпію. Це дозволяє зменшити витрату повітря при постійній споживаній потужності. Так у цилін­драх поршневих машин (молотів, тралебуючих машин тощо), де витрачається незмінна за обсягом кількість повітря в піскоструминних і дробеструминних апаратах, соплах для обдування, при витоках, коли повітря минає через отвори постійного перетину при незмінному протитиску, економія при підігріві його від -40 С до +100 °С у першому випадку складе 37,5 \%, а в другому — 21,3 \% [21; 22].

Одним із основних факторів економії енергії при виробленні і споживанні стисненого повітря є правильний вибір тиску з можливим допустимим, за тех­нологією, зниженням тиску повітря у споживачів.

Ефективним методом зниження витрати стисненого повітря є його піді­грів. Оскільки підігрів повітря здійснюється в магістралі, то можна вважати, що ¥2/¥1 = 72/71. У пневматичних пристроях має місце об'ємна витрата, тобто витрачається незмінна за об'ємом кількість повітря V, м3/с.

Користуючись співвідношенням т = У/о, можна отримати відношення масової витрати повітря т1 до нагрівання до масової витрати після нагрівання т2:

т1/т2 = о2/о1 = 72/71, звідки т2 = 71/72 • т1, а зменшення витрати повітря при його підігріванні

Ат = т1 т2 = т1(1 71/72), де   т1, т2 — масові витрати повітря;

71, 72 — абсолютна температура повітря до і після підігріву, К.

При витіканні повітря із сопел і форсунок масова витрата т, кг/с повітря

 

т = 0,68иГ

де   ц — коефіцієнт витрати; р1 — тиск повітря, Па;

о1 і о2 — питомий об'єм повітря до і після його підігрівання, м3/кг; /— площа вузького перетину, м2.

Співвідношення масових витрат до і після підігрівання:

т1/т2 =       = *=,

УІЧ ЛІТ1

звідки зменшення витрати підігрітого повітря при струминному витіканні

кг.

 

Так, при підігріванні повітря від 25 С до 185 °С витрата повітря при об'ємному його використанні зменшиться і складатиме

km

= 1001 1 T­

= 1001 1

298 "458 = 35\%,

 

а при витіканні із сопел

 

 

 

Криві, які характеризують економію стисненого повітря при об'ємній йо­го витраті при витіканні (пунктирна лінія) в залежності від його початкової температури (0; 20 і 40 °С) і кінцевої при його нагріванні, наведені на рис. 4.1.

Особливо вигідно для підігрівання стисненого повітря використовувати теплоту відхідних газів печей та інших тепловикористовуючих пристроїв.

Для підігрівання стисненого повітря може бути використане тепловиді­лення від трубопроводів, які транспортують нагріті середовища, наприклад, тепловиділення від паропроводів. Для цього паропровід і трубопровід стисне­ного повітря прокладають поруч у спільній ізоляції.

Схема установки повітропідігрівача в лежаку промислової печі наведена на рис. 4.2.

 

 

 

48 40 32 24 16 8 0

 

Якщо припустити, що насичення повітря парою відбудеться у кінцевій точці процесу розширення, і використовувати умову (4.4), то тиск насичення визна­чається за виразом:

р =      р (4.5)

622 + іпс>       У '

де Рзп — тиск повітря наприкінці процесу розширення у споживача.

Температура повітря наприкінці процесу розширення ґ3 визначається за тиском насичення водяної пари:

і = 622Мінімальне значення температури перед споживанням (при заданих зна­ченнях Р„с, (пс і Рзс), коли можливий процес розширення повітря споживачем без випадання вологи, розраховуємо за формулою:

п-1

(4.6)

де п — показник розширення повітря споживачем (показник політропи).

Таким чином, при значеннях температури повітря перед споживачем Тпс < Тт'" буде відбуватися випадання вологи.

Для усунення цієї умови необхідно підігріти стиснене повітря, для цього до­цільно використовувати тепло відхідних газів, або відпрацьовану пару. Підігрів стисненого повітря приводить до підвищення його якості, що дозволяє в більшості випадків відмовитися від застосування установок осушення стисненого повітря.

Показник політропи визначається за формулою:

 

(4.7)

 

пс

де

к — показник адіабати; Лей — внутрішній ККД пневмоприймача.

Підігрів стисненого повітря, що надходило в пневматичні приймачі, є простим і разом із тим досить ефективним засобом зменшення його витрати. Підігрів збільшує питомий об'єм повітря і зменшує його масову витрату.

Розрахунок теплообмінників для підігріву стисненого повітря здійсню­ється за діючими методиками і тому не наводиться.

Величину підігріву стисненого повітря варто погоджувати з особливостя­ми споживача. Так, якщо стиснене повітря використовується для роботи пнев-моінструменту, температура його підігріву за умовами техніки безпеки не по­винна перевищувати 40 °С.

Перед споживанням із технологічних міркувань іноді доцільно підігрівати не стиснене повітря, а насичену пару [41].

Контрольні питання

Призначення утилізаторів теплоти стисненого повітря.

Мета теплового розрахунку утилізатора стисненого повітря.

Послідовність теплового розрахунку утилізатора теплоти стисненого повітря.

Умови найбільш ефективної роботи утилізатора теплоти стисненого повітря.

Мета аеродинамічного розрахунку утилізаторів теплоти стисненого по­вітря.

Послідовність аеродинамічного розрахунку теплоти стисненого повітря.

Мета підігріву стисненого повітря перед споживачем.

Якими параметрами характеризується стиснене повітря перед спожива­чем?

Температура точки роси.

 

Умови, за яких забезпечується мінімальне значення температури перед споживачем.

Умови, які забезпечують зменшення витрат стисненого повітря.

Температурні обмеження при використанні стисненого повітря для роботи пневмоінструменту.