Двигатели внутреннего сгорания. 2010. №2 PDF (Size:7770 МБ)

Гипотезы, предложенияляются, с одной стороны, загрязнителями окружающейсреды, а с другой - их следует рассматриватькак потенциальный энергоноситель.Цель и постановка задачиЦель исследования – оценка дополнительныхвозможностей использования когенерационнойустановки, работающей на шахтном метане.В настоящее время при производстве кирпичапутем обжига используют кольцевые печи с применениемприродного (табл.1). Существует несколькосхем газового оборудования кольцевыхпечей кирпичных заводов. Одним из вариантовобеспечения работы печей является подвод газа черезспециальные трубчатые горелки, опускаемыена гибких шлангах через топливные каналы. Питаниегазом проводится от кольцевого коллекторногогазопровода, прокладываемого по верху печи илинад ней. В этом случае горелочное устройствопредставляет собой гребенку из труб с отверстиямималого диаметра. Число горелок в гребенке соответствуетчислу топливных каналов в ряду. Подачагаза ведется одновременно через 8-12 гребенок,последовательно переставляемых по мере движенияогненного фронта.Таблица 1. Теплотехнические характеристикиметана [3]ХарактеристикиМетанТеплота сгорания, кДж/нм 3 с: высшая Qв39820снизшая Qн31800Теоретическое необходимое количествовоздуха V 0 для полного сгорания 1 нм 3 9,52метанаТеоретическая температура горения приизбыточном давлении, tT, °С2040Температура самовоспламенения при 0,1МПа в воздухе, t с , °С 645Концентрационные пределы воспламенения:низший α H 5,0высший α B 15,0Максимальная нормальная скорость распространенияпламени U H, м/сек 0,36Объем продуктов сгорания при α=1 , нм 3 10,5Основной недостаток этой схемы заключаетсяв наличии гибких и недостаточно надежных соединенийгорелочных устройств с коллекторным газопроводом.Кроме того, эксплуатация печи затрудняетсяиз-за необходимости частой перестановкигорелок и их недостаточной стойкости в условиях144высоких температур.Другая схема предусматривает оборудованиепечей подовыми стационарными горелками, располагаемымив специальных каналах ниже уровняпода. Каналы с горелочными трубами устраиваютсяпоперек печного туннеля на расстоянии 0,5–0,8м друг от друга. Конструкция верха горелочногоканала должна предотвращать засорение сопловыхотверстий горелок.Расстояния между сопловыми отверстиямигорелки принимаются 300–500 мм. Чтобы получитьравномерный выход газа из сопловых отверстийгорелочной трубы при расчете действующегодавления перед отверстиями, следует учитыватьпадение давления из-за наличия сопротивлениятрения. Это особенно важно при низком давлениигаза. Давление газа, необходимое для работы горелоккольцевых печей, обычно лежит в пределах от1000 до 3000 мм вод. ст.Анализ показывает, что для обеспечения температурыпродуктов сгорания на уровне 1167-1300°С, необходимо обеспечить соотношения горючейчасти и окислителя в топливовоздушнойсмеси на уровне α=1,7÷2,0 (табл.2). В пересчете наабсолютные показатели – 17÷21 м 3 воздуха на 1 м 3метана. При 20 % содержании метана в шахтномгазе, на 1 м 3 метана приходится 5 м 3 воздуха, чтосоответствует стехиометрическому соотношению“топливо-окислитель” (табл. 1) и обеспечиваеттемпературу горения 2040°С, что выше значениянеобходимого для обжига кирпича.Таблица 2. Теоретическая температура горения,°С природного газа при различных значенияхкоэффициента избытка воздуха [4]Коэффициент избытка воздуха α1,0 1,1 1,2 2,02009 1868 1769 1167Для доведения температуры продуктов сгораниядо значений, необходимых по технологии обжига,следует увеличить количество воздуха, чтопозволяет говорить о возможности практическогоиспользования шахтного газа с содержанием метанав газовоздушной смеси на уровне 15 % и вышев качестве топливной смеси для обжиговых печейпри производстве кирпича. В случае более высокогосодержания метана в шахтном газе, подаетсядополнительное количество воздуха в горелочноеустройство, и обеспечивается необходимое значениетемпературы продуктов сгорания. Для использованияшахтного газа взамен природного в обжиговыхпечах необходимо выполнить реконструкцииДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010