Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.
Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/
1. Teoretické základy technológie kompresie vzduchu
2. Spotreba stlačeného vzduchu v hutníckom závode
3. Charakteristika kompresorových jednotiek
4. Úspora energie stlačeného vzduchu v priemyselnej výrobe
5. Systém zásobovania vzduchom závodu Záporižstal Zníženie nákladov na výrobu stlačeného vzduchu
6. Automatizovaný riadiaci systém pre kompresory v závode Zaporizhstal
Bibliografia
1. Teoretické základy technológie kompresie vzduchu
kompresorovňa vzduchovej metalurgie
Výroba stlačeného vzduchu v hutníckom priemysle plní svoju najstaršiu funkciu - zúčastňuje sa technologických procesov ako činidlo obsahujúce kyslík. Hlavnou funkciou stlačeného vzduchu v hutníctve je fúkanie, t.j. dodávka stlačeného vzduchu do rôznych výrobných jednotiek - vysoké pece, otvorené pece, konvertory. Fúkanie je nevyhnutným faktorom technologických procesov v týchto jednotkách, keďže bez vzduchu, alebo skôr bez kyslíka, nedochádza k spaľovaniu
Stlačený vzduch je v priemysle tak široko používaný, že akýkoľvek zoznam jeho použití by bol neúplný. Žiadna priemyselná ani individuálna výroba sa nezaobíde bez stlačeného vzduchu; žiadna nemocnica, hotel, elektráreň ani loď bez nej nemôžu fungovať. Používa sa v ťažobnom priemysle, laboratóriách, na letiskách a v prístavoch. Stlačený vzduch je potrebný ako pri výrobe potravín, tak aj pri výrobe cementu, skla, papiera a textílií, v drevospracujúcom a farmaceutickom priemysle.
Použitie stlačeného vzduchu umožnilo mechanizovať a zintenzívniť množstvo technologických procesov v priemysle. Široké využitie stlačeného vzduchu ako nosiča energie uľahčili jeho špeciálne vlastnosti: elasticita, priehľadnosť, nezávadnosť, nehorľavosť, nekondenzovateľnosť, rýchly prenos tlaku a neobmedzená zásoba v prírode. Výroba stlačeného vzduchu je však nákladný proces, pretože vyžaduje veľké množstvo elektrickej energie na pohon kompresorov. V mnohých podnikoch dosahuje spotreba elektrickej energie na výrobu stlačeného vzduchu 20 ... 30 % Celkom spotrebovanej elektrickej energie.
Stlačený vzduch využívajú: všetky typy strojov a zariadení s pneumatickým pohonom a ovládaním. Pneumatické náradie sa používa na naťahovanie, striekanie, leštenie a ostrenie, dierovanie, fúkanie, čistenie, vŕtanie a presúvanie. Nespočetné množstvo chemických, technických a fyzikálnych procesov a technológií je riadených pomocou stlačeného vzduchu.
Nepoužívať stlačený vzduch ako zdroj energie je v našom high-tech svete nemožné.
Ale čo je stlačený vzduch?
Stlačený vzduch je stlačený atmosférický vzduch. Atmosférický vzduch je vzduch, ktorý dýchame. Je to zmes rôznych plynov: 78 % dusíka,21 % kyslíka a1 % ostatných plynov.
Stav plynu popisujú tri parametre: tlakR teplotaT špecifický objemVosudobjem
Na spustenie hlavných a / alebo pomocných lodných dieselových motorov, generátorov v dieselových elektrárňach je potrebný stredný tlak vzduchu. Vzduch stlačený na 30-40 barov sa používa v priemysle napríklad na skúšanie tesnosti a pevnosti výrobkov, ako aj na výrobu polymérových nádob (tj v PET priemysle).
Na skladovanie veľkých objemov stlačeného vzduchu v čo najmenších nádobách je vo väčšine aplikácií potrebný vysoký tlak. Napríklad na príjem a uloženie atmosférický vzduch v tlakových nádobách 225 a 330 barov, ktoré používajú potápači, profesionálni potápači, záchranári a hasiči.
Použitie vysokotlakového stlačeného vzduchu v kombinácii s vysokou teplotou vytvára optimálne podmienky pre lakovanie výrobkov farbami s obsahom olova. V metalurgii pri odstraňovaní vodného kameňa poháňa stlačený vzduch vysokotlakový prúd vody. V hydrometalurgii sa stlačený vzduch používa pri autoklávovej výrobe niklu, volfrámu.
Vysokotlakové kompresory sa používajú pri prieskume, rozvoji, prevádzke a údržbe ložísk, pri výstavbe nových a modernizácii existujúcich zariadení ropného a plynárenského priemyslu, pri školení technického personálu v prevádzke potrubných systémov. Stlačený vzduch sa používa na čistenie a sušenie potrubí, pri opravách existujúcich potrubí, ako aj pri zváraní na nových potrubiach, keď je potrebné zabezpečiť tesnosť spojov.
V distribučných transformátorových staniciach sa používajú vysokotlakové kompresory (100-420 bar) na aktiváciu elektrických spínačov, ktoré regulujú dodávku elektriny prenášanej z rozvodne ku koncovým spotrebiteľom. Suchý stlačený vzduch sa používa na izoláciu výkonových spínačov od okolitého vzduchu vysoká vlhkosť. Stlačený vzduch uhasí vysokonapäťový oblúk vo vysokonapäťových ističoch za zlomok sekundy.
V štátnej okresnej elektrárni, tepelnej elektrárni sa stlačený vzduch používa na vetranie a čistenie skladov surovín od uhoľného prachu, čistenie kotolní od sadzí vznikajúcich pri spaľovaní uhľovodíkových palív a čistenie vnútorného povrchu komínov od usadenín uhlíka. . Stlačený vzduch sa používa na spúšťanie a zastavovanie turbín, na chladenie pary, ktorá bola vyčerpaná v turbíne štátnej okresnej elektrárne. Na vodných elektrárňach vzduch stlačený na 40-70 barov v kombinácii s hydraulikou umožňuje regulovať výkon hydroturbíny. Korekcia je zabezpečená zmenou polohy lopatiek obežného kolesa a vodiacich lopatiek, zmenou prierezu trysiek hydraulickej turbíny.
Výroba stlačeného vzduchu je veľmi energeticky náročná kvôli nízkej účinnosti zariadení.
Stroje používané na výrobu stlačeného vzduchu sa vyznačujú svojou kapacitou (dodávkou) V(m3/s) a tlakový pomer _. Prietok (kapacita) kompresora sa vypočíta podľa vzorca
Kde l-- koeficient posuv, berúc do úvahy pokles výkonu stroja v reálnom procese; V t - teoretická zásoba. Dnes od 25 % do 40 % spotrebovanej elektriny v podnikoch pripadá na výrobu stlačeného vzduchu. Bohužiaľ, väčšina tradične používaných systémov na prípravu a dopravu stlačeného vzduchu je extrémne neefektívna - ich celková účinnosť nepresahuje 20 %. V súlade s tým zvýšenie účinnosti týchto systémov umožní dosiahnuť významné úspory energetických zdrojov Koeficient ponuky l sa zistí podľa vzorca
kde je v - objemová účinnosť kompresora, ktorá charakterizuje pokles produktivity v dôsledku neúplného naplnenia valcového alebo medzilopatkového priestoru (so zvýšením konečného tlaku p 2 _v klesá a s výrazným zvýšením stupňa zvýšenia tlaku sa rovná nule a prívod sa zastaví), pre piestový kompresor _з v= 0,7...0,9; h p zohľadňuje zníženie prietoku v dôsledku odporu sacieho traktu (vzduchové potrubie, vzduchový filter, odvlhčovač), p= 0,8...0,95; h t zohľadňuje zníženie výkonu kompresora v dôsledku zahrievania vzduchu vstupujúceho do kompresora v dôsledku kontaktu s horúcimi kovovými stenami, t= 0,9...0,95; h w zohľadňuje zníženie prietoku v dôsledku vlhkosti nasávaného vzduchu, w= = 0,98...0,99; zn zohľadňuje vplyv netesností a prepadov vzduchu, zn = 0,95...0,98. Stlačený vzduch sa svojimi vlastnosťami výrazne líši od iných energetických zdrojov:
1. Stlačený vzduch nemá vlastnú výhrevnosť, ktorá charakterizuje objemy pary a dodávky tepla;
2. Stlačený vzduch nemá výhrevnosť, ktorá je hlavnou charakteristikou všetkých druhov palív;
3. Stlačený vzduch sa nepoužíva v chemické reakcie ako kyslík a tuhé palivo;
4. Vzhľadom na jeho viaczložkový charakter nemožno stlačený vzduch použiť na vytvorenie ochranného prostredia, ako je dusík a argón;
5. Stlačený vzduch nemá vysoké špecifické teplo(ako voda), ktorá charakterizuje objemy čerpania priemyselnej vody;
6. Stlačený vzduch, čiastočne ako elektrina, sa používa v pohonoch rôznych prevádzkových princípov na transformáciu na mechanickú prácu;
7. Charakteristickým znakom je možnosť premeny kinetickej energie prúdu nosiča energie (prijímačov vzduchových prúdov) na energiu mechanickú.
Všetky tieto rozdiely určujú špecifiká využitia stlačeného vzduchu ako zdroja energie. Hlavnou charakteristikou zdroja je schopnosť vykonávať prácu na jednotku objemu pri prevádzkových parametroch. To znamená priamu závislosť spotreby zdrojov od ich hustoty v komprimovanom stave. Hustota spotrebovaného vzduchu zase závisí od tlaku a teploty.
Vyššie uvedené vlastnosti stlačeného vzduchu ako zdroja energie a špecifiká jeho výroby určujú potrebu organizovať prácu na úspore energie u spotrebiteľov, v sieťach a pri zdrojoch stlačeného vzduchu. Je potrebné nájsť a implementovať čo najefektívnejšie spôsoby realizácie tejto práce zameranej na zmenu a úpravu distribučného systému (konfigurácia a parametre sietí stlačeného vzduchu) vzhľadom na meniacu sa štruktúru hlavných spotrebiteľov a neustále sa meniace požiadavky na parametre zdrojov.
V hutníctve sú zdrojom stlačeného vzduchu kompresorové stanice kyslíkárne a lokálne kompresorové zariadenia inštalované priamo v pobočkách závodu. Špecifikom rozvodov stlačeného vzduchu je značná dĺžka sietí, rozdielne požiadavky na parametre stlačeného vzduchu (tlak, stupeň vysušenia) pre spotrebiteľov, geografický rozptyl zdrojov a hlavných spotrebiteľov.
Jedným z hlavných spotrebiteľov elektrickej energie pri výrobe kyslíka vo veľkých hutníckych podnikoch sú kompresory.V zásade sú to odstredivé viacstupňové kompresory s medzistupňovým chladením vzduchom typu K-1700, K-1500, K-500, K-250. používa sa na kompresiu vzduchu.
2. Spotreba stlačeného vzduchu v oceliarni
Rovnako dôležitú úlohu pri výrobe ocele hrá stlačený vzduch. V otvorených peciach, ak je proces tavenia železa redukčným procesom, tak tavenie ocele z liatiny a kovového šrotu je proces oxidačný.Pri tavení ocele sa odstraňujú nečistoty - uhlík, kremík, mangán, ktoré sú oxidované. Oxidácia vyžaduje kyslík.
Stlačený vzduch vyrobený v kyslíkovej kompresorovni sa používa pre technologické potreby v otvorených ohniskách (25-70%), valcovacích (15-35%) a vysokopecných prevádzkach (5-15%). Spotreba stlačeného vzduchu vo vysokopecných prevádzkach výrazne prevyšuje spotrebu vzduchu v iných priemyselných odvetviach. Na získanie 1 tony liatiny je teda za normálnych podmienok potrebných asi 3000 m3 vzduchu. Na fúkanie do vysokých pecí je potrebný vzduch s tlakom 0,3-0,4 MPa.
Špecifická spotreba elektrickej energie pre hlavné typy výrobkov je:
|
Produkty |
Hutnícky podnik |
Mcal/t |
Mcal/t |
||
|
15 kWh/t |
|||||
|
Oceľ s otvoreným ohniskom |
11 kWh/t |
||||
|
Elektrostal |
727 kWh/t |
||||
|
94 kWh/t |
|||||
|
47 kWh/t |
|||||
|
Kyslík |
490 kWh/tis. m 3 |
||||
|
Stlačený vzduch |
550 kWh / tisíc m3 |
||||
|
Aglomerát |
37 kWh/t |
Stlačený vzduch sa k spotrebiteľom prepravuje pomocou rozvinutej siete vzduchových potrubí, z dúchacej a kompresorovej stanice oddelene. Vzduchovody do vysokej pece sú tepelne izolované, nakoľko teplota vzduchu po stlačení vystúpi na 200 0 C. Tieto vzduchovody majú priemery až 2500 mm.
Na spaľovanie paliva v pražiacich, vykurovacích a tepelných peciach sa používa stlačený vzduch s tlakom 0,003-0,01 MPa, dodávaný odstredivými dúchadlami (ventilátormi) inštalovanými v tesnej blízkosti spotrebiteľa.
Všeobecnou požiadavkou na stlačený vzduch je absencia mechanických nečistôt, vlhkosti, olejových pár. Čistenie od mechanických nečistôt sa vykonáva pomocou filtrov a od vlhkosti a olejových výparov - ochladzovaním stlačeného vzduchu. Avšak nie všetka vlhkosť kondenzuje a jej prítomnosť v potrubiach môže v zime viesť k tvorbe ľadových zátok. Získanie stlačeného vzduchu si vyžaduje značné náklady (napríklad náklady na vysokú pec sú 30 % nákladov na surové železo).
SHS priemyselného podniku dôsledne spĺňa vyššie uvedenú definíciu systému vrátane jeho hlavných prvkov: generátor - kompresorová stanica, komunikácia stlačeného vzduchu a spotrebiteľské rozvádzače. Je určený na centralizované zásobovanie rôznych priemyselných spotrebiteľov stlačeným vzduchom požadovaných parametrov (tlak, teplota, prietok, vlhkosť) v súlade s daným harmonogramom spotreby. SVS zahŕňa kompresorové a dúchacie stanice, potrubnú a balónovú dopravu na dodávku stlačeného vzduchu k spotrebiteľom a distribučné zariadenia na stlačený vzduch samotného spotrebiteľa.
Zapnutý stlačený vzduch priemyselný podnik používa sa v dvoch hlavných oblastiach: technologickej (na tavenie železa a ocele v hutníctve, získavanie kyslíka v rozvodoch vzduchu a pod.) a silovej (na pohon rôznych strojov a mechanizmov v strojárstve, baníctve, kováčstve a iných odvetviach).
Kompresorová stanica na výrobu stlačeného vzduchu zahŕňa zariadenia na nasávanie vzduchu, odprašovanie, kompresory a hnacie motory, chladiace výmenníky tepla, pomocné zariadenia určené na dodatočné spracovanie vzduchu (sušenie, čistenie, zmena tlaku, akumulácia).
V závislosti od prietoku vzduchu a tlaku požadovaného spotrebiteľmi sú stanice vybavené odstredivými kompresormi s pretlakom stlačeného vzduchu 0,35-0,9 MPa a jednotkovou kapacitou 250-7000 m 3 / min alebo piestovými kompresormi, resp. 3-20 MPa a jednotkový výkon nie viac ako 100 m 3 / min.
Vedenia stlačeného vzduchu majú radiálny (III na obr. 1a) a prstencový (IV na obr. 1b) prierez. Tieto sa používajú s kompaktným, koncentrovaným umiestnením spotrebiteľov, ako aj so zvýšenými požiadavkami na spoľahlivosť dodávania stlačeného vzduchu spotrebiteľovi (pozícia 3).
Keď je vzduch dodávaný z piestových kompresorov, sú v potrubí stlačeného vzduchu vždy inštalované prijímače 11, ktoré fungujú ako akumulátory s rozdielom v prietokoch vzduchu generovaných kompresorom a požadovaných spotrebiteľom. Pre SHS s turbodúchadlami zohrávajú úlohu skladovacích nádrží potrubia, ktorých priemer a dĺžka sú pomerne veľké. Je znázornená najbežnejšia schéma prívodu vzduchu pre veľkých technologických spotrebiteľov stlačeného vzduchu (napríklad vysoké pece).
Ryža. 1 .1 Schéma zásobovania vzduchom priemyselného podniku
Obr. 2.1 Schéma prívodu vzduchu k veľkým spotrebiteľom stlačeného vzduchu
Podiel spotreby primárnej energie na výrobu stlačeného vzduchu pre rôzne potreby sa pohybuje od 5 do 30 % z celkovej spotreby energie na výrobu finálneho technologického produktu.
Veľký význam stlačeného vzduchu ako nosiča energie určuje aj skutočnosť, že spoľahlivosť a v niektorých prípadoch aj bezpečnosť technologického procesu závisí od spoľahlivosti vzduchotechnických systémov.
Prerušenie dodávky vzduchu vo väčšine prípadov vedie k veľkej havárii v podniku.
V hutníctve sú sústredené aj najväčšie kompresorové agregáty, piestové aj turbokompresory. Niektoré z nich, napríklad KTK-25 a KTK-12.5, sú navrhnuté špeciálne pre vysoké pece závodov na hutníctvo železa. V podniku hutníctva je z celkového počtu kompresorových strojov najväčšie percento turbokompresorov a podiel piestových kompresorov je cca 20% a má tendenciu klesať.
Podiel spotreby energie na výrobu stlačeného vzduchu v podnikoch je 5-7% z celkovej spotreby energie na výrobu hlavného produktu dielne, podniku a merná spotreba energie na výrobu stlačeného vzduchu je od 80. do 140 kWh / 1000 m 3 (v závislosti od typu kompresorov, chladenia a prevádzkových podmienok).
Spotreba stlačeného vzduchu na jednotku výroby u najväčších technologických spotrebiteľov je: na výrobu surového železa 800-1000 m 3 / t surového železa, pálenej ocele 60-140 m 3 / t ocele, konvertorovej ocele 30 m 3 / t ocele, elektroocele 70 m 3 / ton ocele, na valcovniach 20 50 m 3 / t valcovaných výrobkov. Veľká spotreba stlačeného vzduchu jednotlivými spotrebiteľmi a jednotlivé technologické režimy spotreby vedú k potrebe blokového usporiadania kompresora a procesnej jednotky s individuálnym riadením a umiestnením kompresora u spotrebiteľa.
V absolútnom vyjadrení je spotreba stlačeného vzduchu v podnikoch hutníctva neželezných kovov porovnateľná so spotrebou stlačeného vzduchu, hoci toto odvetvie nemá tak veľkých individuálnych spotrebiteľov ako vysoké pece alebo konvertory. To vysvetľuje širokú škálu dúchadiel používaných na prívod vzduchu: piestové kompresory, turbokompresory a najmä dúchadlá s výtlačným tlakom 0,15 až 0,25 MPa, líšiace sa výkonom a tlakom.
Veľkí odberatelia stlačeného vzduchu sú sústredení v zlievarňach a kovárňach strojárskych závodov (pieskovacie stroje, lisy, ubíjačky, vibrátory, sekačky).
Spotrebitelia stlačeného vzduchu sú tiež sústredení v zlievarňach a kováčskych dielňach Široká škála malých spotrebiteľov, individualizácia ich prevádzkových režimov určuje komplexné plány spotreby vzduchu, vyznačujúce sa výraznými dennými a týždennými nerovnomernosťami. Jednotky na oddeľovanie vzduchu (ASU) spotrebúvajú veľké množstvo stlačeného vzduchu. Tento typ spotrebiteľa možno považovať za izolovaný aj ako pododvetvie.
Zvláštnosť spotreby vzduchovými separačnými stanicami je určená špecifikami samotných ASP, ktorých prevádzkové režimy je ťažké regulovať. Preto sú krivky zaťaženia vzduchových kompresorov pre ASU konštantné. Parametre stlačeného vzduchu ako suroviny pre zariadenia na separáciu vzduchu sú rôzne a sú určené aj typom zariadení.
Veľkokapacitné závody a nízky tlak s jednou spotrebou vzduchu (20 000 90 000) m 3 / h sú obsluhované turbodúchadlami K-1500-62-2, K-250-41-2, K-500-42-1.V zariadeniach so strednou a nízkou produktivitou tlak spotrebovaného vzduchu môže byť 3 20 MPa a pre tieto ASU sa používajú piestové a v poslednom čase aj skrutkové kompresory.
Pre ASP je typické, že náklady na energiu na kompresiu vzduchu sa v závislosti od typu inštalácie pohybujú od 70 do 90 % celkovej spotreby energie inštalácie.
Zásobovanie spotrebiteľov v priemyselných podnikoch vzduchom sa vo veľkej miere vykonáva z miestnych zariadení a staníc na dodávku vzduchu. Bežný systém centralizovaného prívodu vzduchu sa používa len pre niektoré individuálne parametre, predovšetkým kompresorový vzduch. Priemyselný podnik je zvyčajne vybavený jednou alebo viacerými kompresorovými stanicami, ktoré dodávajú všetkým spotrebiteľom stlačený vzduch s tlakom 4-7 atm. Vzduch iných parametrov sa dodáva spotrebiteľom z miestnych inštalácií. Táto štruktúra schémy prívodu vzduchu je spôsobená množstvom úvah. Po prvé, väčšina spotrebiteľov vyžaduje každý zo svojich špecifických parametrov vzduchu. Je veľmi ťažké zabezpečiť celý súbor týchto parametrov centralizovaným prívodom vzduchu. Preprava vzduchu zo spoločných staníc na prívod vzduchu by si vyžadovala Vysoké číslo dlhé a rozvetvené potrubia rôznych priemerov, ktoré pretínajú územie závodu vo všetkých smeroch. Náklady na vybudovanie celého tohto systému by boli veľmi vysoké. Po druhé, preprava veľkých hmôt vzduchu na veľké vzdialenosti by spôsobila veľké tlakové straty, a preto by si vyžadovala inštaláciu vysokotlakových strojov a veľké plytvanie energiou. Po tretie, regulácia prietoku vzduchu alebo tlaku týchto parametrov by vzhľadom na malý počet veľkých spotrebiteľov tohto vzduchu a ich vzájomné ovplyvňovanie bola mimoriadne komplikovaná.
Prevažná väčšina hutníckych spotrebiteľov, najmä veľkých, je zásobovaná vzduchom z vlastných zariadení. V tomto prípade môže zariadenie alebo stanica slúžiť buď samostatnej jednotke (napríklad pec) alebo skupine jednotiek, väčšinou rovnakého typu.
3. Charakteristika kompresorových jednotiek
Na obrázku 3.1 je znázornený vývojový diagram exergie systému prívodu vzduchu, z ktorého je zrejmé, že najväčšia časť strát (až 50 %) pripadá na 1. prvok systému - kompresorovú stanicu, vrátane strát s odpadovým teplom od chladenia kompresora, ktorých je asi 15 %. Ak vezmeme do úvahy straty v komunikácii () a u spotrebiteľa (), účinnosť systému je 30%.
Tabuľka 2.1.
Súčasná štruktúra nákladov
Ako je možné vidieť z tabuľky. 2.1., kapitálové investície do štruktúry znížených nákladov nepresahujú 8%, čo poukazuje na dôležitosť akýchkoľvek opatrení zameraných na zlepšenie výkonu kompresora.pre kompresory K-500-62-1 alebo K-1500-62- 1) môže viesť k zníženiu nákladov na stlačený vzduch o 5-11%. Využitie kompresného tepla vedie k výraznému zníženiu nákladov na stlačený vzduch o 15-25%.
Stlačený vzduch sa používa v elektrických rozvodniach na ovládanie pneumatických ovládačov spínačov a odpojovačov. Vo vzduchových ističoch sa stlačený vzduch používa na uhasenie elektrického oblúka a vetranie vnútorných dutín ističov, aby sa odstránila vlhkosť, ktorá sa na nich usadila. Vo spínačoch so vzduchom plneným separátorom, ako aj vo spínačoch radu VVB, VNV a iných pôsobí stlačený vzduch ako hlavné izolačné médium medzi hlavnými kontaktmi spínača vo vypnutej polohe.
Potenciálna energia sa odovzdáva vzduchu počas jeho stláčania a potom sa využíva v pneumatických pohonoch na vykonávanie mechanickej práce. Potenciálna energia sa premieňa na Kinetická energia prúdy expandujúceho stlačeného vzduchu.
Pre prevádzku vzduchových zariadení sa stlačený vzduch akumuluje v nádržiach týchto zariadení. Nádrže sa zase dopĺňajú zo systémov určených na výrobu stlačeného vzduchu.
Voľba optimálnej distribučnej schémy a racionálnych spôsobov výroby a spotreby stlačeného vzduchu vedie k úsporám, ktoré však môžu mať významný vplyv na energetickú bilanciu podniku ako celku. Keďže výroba stlačeného vzduchu spotrebováva elektrickú energiu, jej úspora znamená zníženie nákladov na nákup energetických zdrojov.
Charakteristickým znakom výroby stlačeného vzduchu je, že výkon kompresorového zariadenia závisí od sezónnych zmien hustoty atmosférického vzduchu (v lete je hustota vzduchu o 15-17 % nižšia ako v zime) a výtlačného tlaku.
Zvýšenie tlaku z 5,0 na 6,0 kgf/cm2 vedie k zníženiu produktivity kompresora o 4-7%, pričom náklady na energiu na kompresiu sa zvyšujú o 7-10%. Významným faktorom negatívne ovplyvňujúcim chod kompresorových zariadení je nepravidelná spotreba stlačeného vzduchu, ktorého objem dosahuje na niektorých kompresorových staniciach až 40 %. Pre zabezpečenie stabilnej prevádzky spotrebiteľov pri výrazných objemoch nepravidelnej spotreby je personál kompresorových staníc nútený udržiavať zvýšený tlak stlačeného vzduchu pri zdrojoch. Navyše, striedavé zaťaženie zariadení s častými cyklami „nakladania a vykladania“ kompresorov vedie k predčasnému zlyhaniu jednotlivých komponentov, ktorých obnova si vyžaduje značné finančné zdroje, čas a mzdové náklady.
Energetická charakteristika kompresora
Na obr. Obrázok 4 zobrazuje energetické charakteristiky kompresora K-1500 bezprostredne po spracovaní TSP CCD. Rozsah výkonu - 70...90 tm 3 /h. Rozsah tlaku je 6,0...6,6 kgf/cm 2 . Ukazovatele spotreby elektriny boli odobraté z merača aktívnej zložky elektriny. Všetky hodnoty boli zaznamenané štandardnými prístrojmi.
Obrázok 1 ukazuje podobné charakteristiky založené na výsledkoch opakovaných testov z 22. júla 2012. Podmienky testu sú horšie ako v predchádzajúcich, keďže teplota nasávaného vzduchu bola +24°С oproti +3°С 30. apríla 2012 .
Po ošetrení kompresor pracoval 1944 hodín. Rovnaký obrázok znázorňuje krivku spotreby energie kompresora v roku 2011. Pre správne porovnanie výsledkov spotreby energie, rovnaké hodnoty výkon kompresora, t.j. spotreba energie jednotky sa porovnáva s rovnakým objemom výroby.
Obrázky 2 a 3 znázorňujú porovnanie špecifických mier spotreby elektriny v troch časových bodoch (2011, 30. 4. 2012, 22. 7. 2012), s tromi pevnými hodnotami produkcie vzduchu (75 tm 3 /h, 80 tm 3/h, 85 tm3/h).
Obr.6 Časová os výroby stlačeného vzduchu zvolená v určitom časovom bode.
Obr.7 Meranie spotreby stlačeného vzduchu na linke potrubia otvoreného ohniska do otvorených ohnísk Obr.
Na konci meraní sa získali tieto výsledky:
· Špičkový prietok v tejto oblasti dosahuje 12,5 m3/min.
· Z grafu však vyplýva, že minimálny prietok pre krátke pracovné prestávky je 5,5 m3/min. Počas týchto prestávok stlačení spotrebitelia reštartovali rúru.
· Z toho vyplýva, že táto hodnota zodpovedá netesnostiam v pneumatickej sieti tejto sekcie. Pri vizuálnej obhliadke miesta boli skutočne zistené čiastočné netesnosti na uzatváracích ventiloch, porušenie potrubia, v pneumatických valcoch.
· Po odpočítaní množstva únikov dostaneme reálnu spotrebu v horných hraniciach do 7 m3/min.
· Skutočný priemerný prietok je medzi 3,5 a 5 m3/min. Samostatné krátkodobé špičkové hodnoty do 2 m3/min nad priemernou hodnotou trvajú krátko, v intervaloch od 0,5 do 1,5 minúty. Takéto krátkodobé impulzy spotreby stlačeného vzduchu sú ľahko kompenzované dodávkou stlačeného vzduchu do vzduchojemov v dostupnom objeme.
· Po znížení množstva netesností na minimálne 0,5 m3/min môžeme teda ako smernicu brať priemerný prietok v tomto úseku 6,5 m3/min.
Obr.8 Meranie výkonu kompresorových jednotiek kompresorovej stanice.
Merania výkonu kompresorových jednotiek boli realizované počas pracovnej zmeny, aby sa vylúčil vplyv výrobného procesu na výkon a spoľahlivosť meraní.
Pre každý kompresor boli vytvorené rovnaké podmienky. V predajni s otvoreným ohniskom bol otvorený ventil na zabezpečenie vypustenia prúdu stlačeného vzduchu do atmosféry. Kompresory sa zapínali jeden po druhom podľa poradia znázorneného v nižšie uvedenom grafe. Kompresoru bol vyhradený určitý čas na dosiahnutie nominálneho prevádzkového režimu. Kontrolné tlakomery inštalované v kompresorovej stanici a na vzduchových kolektoroch sledovali moment stabilizácie tlaku v systéme. Bežne to bol tlak 0,25 MPa (alebo 2,5 bar). Po 1-2 minútach práce v tomto režime, aby prietokomer zaznamenával stabilný výkon, sa kompresor vypol a postup sa opakoval s ďalším kompresorom
Boli získané nasledujúce výsledky:
· Najlepšie ukazovatele boli zistené u kompresorov č. 1 a č. 3 - 18,47 a 18,8 Nm3/min. resp.
· Najhorší výkon kompresora č. 2 -16,65 Nm3/min. a č. 4 - 15,7 18,8 Nm3/min. Indikátory nízkeho výkonu naznačujú zlý stav skupiny piestov a ventilového systému týchto kompresorových jednotiek.
· So zvýšením zaťaženia kompresorov, tj zvýšením tlaku v pneumatickom systéme na pracovný tlak 6,5-7 bar, sa ukazovatele výkonu ešte znížia z vyššie uvedeného dôvodu.
Vzduchové kompresory na výrobu kyslíka majú vysoký prevádzkový čas, produktivitu a ročnú mieru plnenia plánu, zatiaľ čo všeobecné kompresorové stanice závodu sú menej zaťažené. Získané ukazovatele poskytujú všeobecnú predstavu o prevádzke kompresorového zariadenia, ale úplne neposudzujú jeho technický a termodynamický stav.
Na posúdenie dokonalosti stlačenia vzduchu v chladiacich kompresoroch sa zvykne používať účinnosť, ktorá závisí od viacerých faktorov:
Počet nechladených skupín stupňov-sekcií;
Úplný stupeň zvýšenia tlaku;
Stupne zvýšenia tlaku sekcií;
Počty medzichladičov 4
Strata tlaku v nich;
Počiatočná teplota vzduchu a chladenej vody.
Izometrická účinnosť pre ideálny kompresor s 2 medzichladičmi a celkovým tlakovým pomerom 8 je 90%.Podľa výsledkov prístrojového energetického prieskumu sa izometrická účinnosť pohybuje v rozmedzí 61-69%, čo je prijateľné pre kompresory 70- 80. roky Nevského závodu (NZL).
Pri prepočte z užitočného výkonu kompresora na elektrický výkon boli prijaté nasledujúce hodnoty účinnosti:
Mechanická účinnosť s m \u003d 0,98-0,99;
Účinnosť úniku =0,96-0,97;
Účinnosť prevodovky =0,98-0,99;
Účinnosť elektromotorov z el.dvig. = 0,97
Celková účinnosť, berúc do úvahy polytropickú kompresiu vzduchu v etapách, sa pohybuje od 72-82%.
Skutočný objemový výkon vzduchových kompresorov turbodúchadiel v lete je nižší ako pasový, to isté možno povedať o tlaku na výstupe z kompresora Prevádzka kompresora pri nižšom tlaku ako je nominálny vedie k neoptimálne rozloženie tlaku v etapách. Odchýlka stupňa zvýšenia tlaku od teoreticky optimálneho je teda sprevádzaná zvýšením špecifickej práce kompresora a vo všeobecnosti vedie k nadhodnotenej spotrebe elektrickej energie.
Neefektívne medzichladenie vzduchu vodou vo výmenníkoch tepla tiež vedie k zvýšeniu mernej práce kompresie v etapách a k zvýšeniu spotreby energie.
Prezentované boli výsledky vzduchového kompresora K-1500-62-2 Z údajov vyplýva, že podchladenie vzduchu na počiatočnú teplotu 35-40 0 C vedie k zvýšeniu spotrebovaného výkonu o 1,5 a 1,3 MW.
Možný pokles mernej práce kompresie a elektrického výkonu vzduchových kompresorov v dôsledku ochladzovania vzduchu na 40 a 35 0 С. %.
Obrázok ukazuje, že za 10 rokov prevádzky kompresora náklady na energiu potrebnú na prevádzku systému výrazne prevyšujú počiatočnú investíciu. Tento údaj ukazuje, že údržba tvorí 7% celkových nákladov, je však potrebné dosiahnuť maximálnu účinnosť akéhokoľvek kompresora. V typickom priemyselnom závode tvorí stlačený vzduch až 10 % celkových nákladov na energiu, pričom v niektorých odvetviach je tento podiel vyšší.
Štruktúru nákladov určujú konkrétne podmienky. Jeho približná podoba je znázornená na obr. 1.
Najväčší podiel na nákladoch má platba za elektrinu spotrebovanú kompresorom. Toto množstvo je určené dvoma hlavnými faktormi:
Energia investovaná do stlačenia 1 m3 vzduchu v závislosti od výtlačného tlaku (obr.),
Náklady na kilowatthodinu elektriny.
Teda za cenu kilowatthodiny 88 kopejok. a výtlačnom tlaku 7 bar, náklady na elektrickú energiu potrebnú na výrobu 1 m3 stlačeného vzduchu sú 1,2 UAH. Ide o spodnú hranicu rozpätia nákladov na meter kubický vzduchu, keď sa nezohľadňujú náklady na zariadenie a prevádzkové náklady. V skutočnosti, pri zohľadnení ostatných nákladových položiek, celkové náklady na 1 m3 stlačeného vzduchu prevyšujú „elektrickú“ zložku 1,5 – 2 krát. Náklady na stlačený vzduch sú teda v priemere 1,4 UAH/m3. Samozrejme, významné odchýlky od tohto odhadu sú možné v dôsledku podmienok v konkrétnom podniku - náklady na kilowatthodinu, náklady na vybavenie, náklady na údržbu atď. Na základe týchto údajov je možné odhadnúť rozsah strát spojených s únikmi vzduchu. Uveďme si konkrétny príklad z praxe pneumatických auditov – baliacu linku na kozmetické výrobky, pozostávajúcu zo šiestich strojov. Na obr. 3 je znázornený záznam prietoku stlačeného vzduchu vstupujúceho do potrubia.
Diagram jasne ukazuje dva režimy prevádzky linky:
1. Linka beží so špičkovými prietokmi vzduchu 6 - 7 m3/min.
2. Linka stojí na mieste, pričom spotrebuje cca 1 m3/min.Spotreba vzduchu strojov v režime stop má byť podľa dokumentácie nulová. V skutočnosti aj zastavená linka neustále spotrebováva stlačený vzduch kvôli netesnostiam. K stratám vzduchu dochádza v prípojkách, vo ventiloch na vypúšťanie kondenzátu, v opotrebovaných pneumatických rozvádzačoch a pohonoch. Priemerná nameraná spotreba jedného zo strojov tejto rady sa tak ukázala byť 2,4-krát vyššia, ako je uvedená v dokumentácii. Vo vypnutom stave stroj spotrebuje 170 % projektovanej spotreby prevádzkového vzduchu. Ročné straty v dôsledku netesností v tejto baliacej linke dosahujú 260 tisíc rubľov a desiatky takýchto liniek môžu fungovať vo veľkom podniku. Ideálnym riešením problému je úplné odstránenie netesností, o ktoré sa, samozrejme, treba snažiť. Nie vždy je však možné tento cieľ dosiahnuť, preto je možné čiastočne znížiť objem netesností prerušením prívodu vzduchu do dočasne nefunkčných vetiev pneumatickej siete. Keď boli teda na vstupoch strojov baliacej linky nainštalované uzatváracie ventily, ich návratnosť bola len 2,5 mesiaca.
4 . úspora energiestlačený vzduchpriemyselná produkcia
Túžba po energetickej nezávislosti v hutníctve si vyžaduje znižovanie nakupovanej elektriny na výrobu druhotných zdrojov energie, vrátane stlačeného vzduchu. Hutnícka výroba zahŕňa spekacie (6 spekacích strojov), vysoké pece (4 vysoké pece), otvorené nístejové (9 pecí) dielne a dielňu na prípravu odlievacích zmesí. Valcovacia výroba zahŕňa 4 valcovne určené na výrobu za tepla a za studena valcovaných oceľových plechov, oceľových pásov, pocínovaných plechov a profilov tvárnených za studena. Maximálna výrobná kapacita pre oceľ valcovanú za tepla je až 3,7 milióna ton, pre oceľ valcovanú za studena - 1,1 milióna ton, pre profily tvarované za studena - až 500 tisíc ton.
Zníženie produktivity stlačeného vzduchu v dôsledku výstavby nového kompresorového zariadenia.
Projekt zabezpečuje zníženie spotreby elektrickej energie využitím moderných energeticky efektívnych zariadení na báze kompresorových jednotiek pre odvzdušňovacie jednotky Air Liquide na výrobu kyslíka. Zavedením kompresorových jednotiek dôjde k 1,33-násobnému zníženiu spotreby elektrickej energie oproti súčasnej spotrebe, a to z 99,8 kWh/1000 Nm 3 na 74,8 kW-g/1000 Nm 3 .
Referenčné podmienky projektu
Projekt počíta s výstavbou dvoch nových kompresorových jednotiek s elektrickým pohonom s výkonom 160 tis. 3 /hod.
Projekt výstavby kompresorovej stanice pre odvzdušňovače Air Liquide zahŕňa výstavbu kompresorových jednotiek, ich elektromotorov, zariadení na reguláciu otáčok kompresora, systému tlmenia hluku, zariadenia na nasávanie vzduchu (ventily, filtre atď.), ako aj zariadení pre mäkký štart. Celková ročná (perspektívna) výroba stlačeného vzduchu bude asi 6 000 miliónov m elektrární Celkový inštalovaný výkon elektromotorov dvoch kompresorov bude 23,95 MW.
Efektívnosť projektu
Hlavným cieľom projektu je zefektívniť výrobu stlačeného vzduchu pre odlučovače vzduchu Air Liquide na výrobu kyslíka v JSC Záporizhstal a tým dosiahnuť zníženie spotreby energie, najmä elektriny o 25 kWh/1000 nm 3, resp. o 70,1 milióna kWh/rok (pri výrobe 2,8 miliardy nm 3 /rok stlačeného vzduchu na dvoch kompresoroch).
Kompresorové jednotky poháňané elektromotorom na výrobu a dodávku stlačeného vzduchu do vysokých pecí
Projekt zahŕňa zníženie spotreby energie využitím moderných energeticky efektívnych zariadení na báze kompresorových jednotiek pre vysoké pece poháňaných elektromotorom. Zavedením kompresorových jednotiek dôjde k takmer 2-násobnému zníženiu spotreby energie oproti súčasnej spotrebe, a to: zo 45,3 kg. t./1000 m 3 do 23,5 kg k.ú. n. / 1000 m 3.
DP - vysoká pec; ShG - tlmič; Ko - kompresor; M - elektromotor; SCP - softštartér; URCHO - jednotka riadenia rýchlosti; F - filter
Referenčné podmienky projektu
Projekt predpokladá výstavbu štyroch kompresorových jednotiek:
· jeden s kapacitou 6500 m 3 /min pre vysokú pec č. 1;
tri s výkonom po 4200 m 3 / min pre vysoké pece č.3,4,5.
Projekt výstavby dúchacej stanice zahŕňa aj výstavbu kompresorových jednotiek, ich elektromotorov, zariadení na reguláciu otáčok kompresora, tlmičov, zariadení na nasávanie vzduchu (ventily, filtre atď.), ako aj softštartérov.
Celková ročná (perspektívna) výroba stlačeného vzduchu pre vysoké pece bude 10 000 miliónov m 3 /rok.
Ako záložné dúchadlá sa plánuje využitie existujúcich turbodúchadiel poháňaných parnými turbínami inštalovaných v CHPP.Elektrickú energiu pre elektrické pohony kompresorových jednotiek sa plánuje napájať z vlastnej paroplynovej elektrárne, ktorá je vo výstavbe. celkový inštalovaný výkon elektromotorov štyroch kompresorov bude 26,39 MW.
Hlavné technické a ekonomické ukazovatele kompresorových jednotiek
Efektívnosť projektu
Hlavným cieľom projektu je zlepšiť efektívnosť výroby stlačeného vzduchu pre vysoké pece a tým dosiahnuť zníženie spotreby energie o 21,8 kg c.e. t/1000 m3, alebo 218 tisíc tce ton/rok (pri výrobe 10 000 mil. m 3/rok stlačeného vzduchu
Znížená produkcia stlačeného vzduchu vďaka nekompresorovej stanici.
Projekt zabezpečuje zníženie spotreby elektriny dodávanej zo siete a vyrobenej na báze fosílnych palív zavedením moderných energeticky efektívnych zariadení na báze plynovej bezkompresorovej turbíny (GUBT).
Referenčné podmienky projektu
Projekt zahŕňa výstavbu jedného HUBT s inštalovaným výkonom 20 MW Projekt výstavby HUBT pre vysokú pec č.2 obsahuje plynovú turbínu, generátor, prevodovku, vstupný a výstupný uzáver a havarijné ventily, as ako aj systém čistenia vysokopecného plynu. Elektrickú energiu vyrobenú v GUBT plánujeme využiť pre vlastnú potrebu hutníckeho závodu.
Efektívnosť projektu
Zavedenie bezkompresorovej turbíny na využitie plynu v hutníckom závode umožní rekuperovať časť energie vynaloženej na výrobu stlačeného vzduchu pre vysoké pece využitím pretlaku vysokopecného plynu na výrobu elektriny. Tým sa zvýši efektívnosť využívania primárnej energie, ako aj úspora peňazí vynaložených na výrobu vysokej pece.
Hlavným cieľom projektu je zníženie nákladov na výrobu stlačeného vzduchu, prípadne nákup elektriny.
Zavedením DHBT na vysokej peci č. 2 dôjde k bezpalivovej výrobe elektriny v objeme 123,2 milióna kWh/rok.
Priemerná účinnosť elektrárne je približne 80 %.
Hlavné technické a ekonomické ukazovatele GUBT
|
Inštalovaný výkon GUBT, kW |
Výstupný výkon turbíny, kW |
Výstupný výkon generátora, kW |
Spotreba vysokej pece, m 3 /hod |
Parametre vysokopecného plynu |
KKD, % |
|
|
3,5 atm 55 °C |
Existujú tri dôležité dôvody, prečo sa oplatí venovať čas a úsilie znižovaniu nákladov v systémoch stlačeného vzduchu:
• detekcia a odstraňovanie netesností a iracionálneho využívania šetrí energiu a peniaze;
Ш zvýšiť spoľahlivosť a výkonové parametre systémov stlačeného vzduchu;
Ø zníženie spotreby elektrickej energie a tým aj zníženie emisií oxidu uhličitého znižuje škodlivý vplyv na životné prostredie.
Dobre navrhnutý a správne prevádzkovaný energeticky efektívny systém stlačeného vzduchu môže spotrebiteľovi ušetriť desiatky a dokonca milióny hrivien ročne. Okrem toho dokáže minimalizovať riziko prerušenia výroby zabezpečením spoľahlivosti prívodu vzduchu a riešiť otázky zdravia a bezpečnosti pri práci s tlakovými systémami. Každá hrivna úspory nákladov na energie prináša neustále ďalšie úspory nákladov a efektívne zvyšuje zisky. Spomedzi všetkých nosičov energie je to práve modernizácia systému stlačeného vzduchu, ktorá umožňuje dosiahnuť okamžité úspory v akomkoľvek podniku. Väčšina opatrení na úsporu energie si navyše nevyžaduje významné kapitálové investície.
Zvažujú sa tieto otázky:
Ø metódy efektívneho riadenia systémov stlačeného vzduchu;
Ш príklady iracionálneho používania a neproduktívnej spotreby stlačeného vzduchu;
Ш rozvod stlačeného vzduchu z kompresora do miest spotreby;
Ш spôsoby zlepšenia účinnosti kompresorového zariadenia;
Ш efektívna akumulácia stlačeného vzduchu;
Ø filtrácia a odvlhčovanie stlačeného vzduchu;
Ø zber a odvod kondenzátu.
Prílohy obsahujú glosár, algoritmus na zníženie nákladov v systéme stlačeného vzduchu, ako aj zoznam otázok potrebných na výber kompresorového zariadenia a niektoré ďalšie základné informácie.
V tabuľke. 1 znázorňuje hlavné aplikácie stlačeného vzduchu, kde je možné dosiahnuť úspory s minimálnymi nákladmi a malými kapitálovými investíciami. Najväčšie úspory, zvyčajne až 30 %, možno dosiahnuť znížením únikov bez nákladov na zavádzanie nových technológií. Vývoj a implementácia celozávodnej politiky stlačeného vzduchu je cenovo najefektívnejší spôsob, ako znížiť náklady na prevádzku vzduchových systémov. Prvky takejto politiky sú podrobne uvedené v časti 2. Politika efektívneho využívania systémov stlačeného vzduchu môže zahŕňať mnohé (alebo všetky) rozhodnutia manažmentu uvedené v tabuľke 2. 1.
Tabuľka 1. Možnosti úspory energie pre typický priemyselný systém stlačeného vzduchu
Aplikácia systémového prístupu
Energeticky účinný systém stlačeného vzduchu je taký, ktorý:
b je neustále udržiavaný v dobrom stave s pravidelnou údržbou všetkých zariadení a monitorovaním prevádzkových parametrov;
l dobre navrhnuté (správne zvolené armatúry, filtre, sušičky, potrubia a potrubné spoje) na dosiahnutie minimálnych tlakových strát;
ь pracuje s neustálym alebo pravidelným monitorovaním s určením mernej spotreby energie na základe prijatých údajov;
b obsluhuje personál, ktorý je oboznámený s nákladmi na výrobu stlačeného vzduchu a je vyškolený v efektívnom používaní zariadení spotrebúvajúcich stlačený vzduch;
l je súčasťou prebiehajúceho programu zisťovania netesností a opráv.
Každý prvok systému musí prispievať k dodávke stlačeného vzduchu na miesto spotreby s požadovanými vlastnosťami a bez kolísania tlaku. Neefektívna prevádzka akéhokoľvek prvku vedie k zníženiu prevádzkových parametrov systému a zvýšeniu prevádzkových nákladov. Každý prvok systému je prepojený s inými prvkami a nemal by sa posudzovať izolovane.
Napríklad inštalácia nového, energeticky účinného kompresora bude mať veľmi obmedzený účinok, ak miera úniku zostane vysoká alebo ak je výkon kompresora obmedzený nevhodne dimenzovaným prívodným potrubím vzduchu. Nedostatočná údržba akéhokoľvek zariadenia zníži jeho účinnosť.
Nákup energeticky úsporných zariadení
Spravidla platí, že efektívnejšie vybavenie stojí viac ako menej efektívne náprotivky. Dodávatelia zariadení často nedokážu poskytnúť informácie o prevádzkových nákladoch počas predpokladanej životnosti zariadení, takže rozhodnutia o kúpe sa príliš často robia len na základe predajnej ceny. Politiky obstarávania založené na výbere najlacnejšieho zariadenia často bránia energetickej účinnosti a výhodám nových technológií. V priemyselných krajinách sa už dlho chápe, že je potrebné brať do úvahy nielen počiatočné náklady na zariadenie, ale aj celkové náklady na jeho prevádzku, čo je obzvlášť dôležité pre energeticky náročné zariadenia.
Okrem zníženia spotreby je dôležitým spôsobom úspory energie aj zvýšenie energetickej účinnosti stlačeného vzduchu. Typicky je požadovaný tlak vzduchu na výstupe kompresora definovaný ako maximálny tlak požadovaný spotrebičmi plus tlakové straty v pneumatických potrubiach. Pripomeňme, že cena stlačeného vzduchu závisí od tlaku, takže zníženie tlaku zo 7 na 6 bar znižuje spotrebu energie o 10 %. Z hľadiska úspory energie by mal byť tlak generovaný kompresorom minimálny potrebný. Nie je nezvyčajné, že malý počet spotrebičov pracujúcich pri vyššom tlaku zabraňuje všeobecnému poklesu tlaku v pneumatickej sieti. Ak je nimi spotrebovaný podiel vzduchu malý, tlak v pneumatickej sieti je možné znížiť zásobovaním týchto spotrebičov lokálnymi zosilňovačmi tlaku.V príklade znázornenom na obrázku sa tlak v sieti zníži zo 6 na 3 bary. čo znížilo náklady na energiu na kompresiu vzduchu o 30 %. Jediný spotrebiteľ, ktorý potrebuje tlak 6 barov, ho dostane z posilňovača. Tento spôsob úspory energie vyžaduje zdôvodnenie výpočtu. Faktom je, že pokles tlaku na jednej strane znižuje mernú spotrebu energie na stlačenie vzduchu, na druhej strane zvyšuje spotrebu stlačeného vzduchu, keďže časť prietoku je využitá pre vlastnú potrebu zosilňovača. Na nájdenie optimálneho riešenia zaisťujúceho maximálnu efektivitu môžete použiť napríklad počítačový program SMC Energy Saving Minimalizácia tlaku v pneumatickej sieti znamená aj minimalizáciu tlakových strát v pneumatických vedeniach. Veľkosť potrubia zodpovedá určitému maximálnemu prípustnému prietokovému zaťaženiu a jeho prebytok vedie k neopodstatneným stratám. Takže jeden zo strojov spomínanej baliacej linky bol napojený na spoločnú pneumatickú linku s ½” rúrou. Pri prevádzkovom prietoku 1,9 m3/min dosiahla tlaková strata v tomto potrubí 1,1 bar.Takto výrazné tlakové straty neumožňujú znížiť tlak v potrubí a obmedzujú možnosti úspory energie. Prechod na potrubie ѕ” znížil stratu tlaku 8-krát. Je potrebné poznamenať, že priemer potrubia d je najsilnejším faktorom ovplyvňujúcim tlakovú stratu Dp: DR.~ 1/d5 Príprava stlačeného vzduchu je základným faktorom úspory energie. Nečistoty obsiahnuté v stlačenom vzduchu majú negatívny vplyv na zariadenie: opotrebenie tesnení urýchľuje, usadeniny pevných častíc bránia úplnému uzavretiu ventilov, vrátane zariadení na odvod kondenzátu, kondenzát nahromadený v potrubiach núti personál otvárať vypúšťacie ventily, aby ho vypustili alebo ich neustále udržiavali pootvorené - to všetko sprevádzajú úniky stlačeného vzduchu. Rýchle zanášanie filtrov má za následok zvýšené tlakové straty, čo znižuje energetickú účinnosť. Porucha odvlhčovača prispieva nielen k vzniku kondenzátu v pneumatickej sieti, ale aj k neoprávnenej spotrebe energie na ich zdanlivú prácu. Podľa údajov nazhromaždených v priebehu pneumatických auditov vykonaných v rôznych podnikoch teda 7 (sedem!) z 10 prevádzkovaných chladiacich sušičiek v skutočnosti neznižuje rosný bod, pričom ich personál považuje za v dobrom stave. Kvalitná a racionálna príprava stlačeného vzduchu je povinnou a najdôležitejšou položkou v zozname opatrení na úsporu energie.Úspora energie na zníženie nákladov na výrobu stlačeného vzduchu v podniku nezávisí len od prevádzky kompresora. Je potrebné dbať na účinnosť a výkon všetkých prvkov systému Prvky systému (kompresory, rozvodné siete, prijímače, filtre, systémy zberu a odvodu kondenzátu). Rovnako ako riadenie systému stlačeného vzduchu sú popísané prípady nesprávneho použitia a straty stlačeného vzduchu.
...Kapacita kompresora je objem vzduchu, ktorý z neho vychádza, prepočítaný na fyzikálne podmienky nasávania. Univerzálny garážový zdroj stlačeného vzduchu. Cyklus jednostupňového jednovalcového horizontálneho jednočinného kompresora.
abstrakt, pridaný 02.04.2012
Popis liečebných zariadení. Výpočet vzduchových potrubí pre nestlačený vzduch. Stanovenie tlakových strát v dôsledku trenia a lokálneho odporu pozdĺž najdlhšej vetvy. Tlak na výstupe z dúchacej stanice. Hustota stlačeného vzduchu v oblasti.
ročníková práca, pridaná 14.03.2015
Termodynamické základy procesu kompresie, Bernoulliho veta. Princípy činnosti odstredivého kompresora. Škrtenie ako pevný limit fyzického kompresora. Vstupné vodiace lopatky. Typický schematický diagram okruhov stlačeného vzduchu.
prezentácia, pridané 28.10.2013
Klimatizácia ako vytváranie a automatické udržiavanie požadovaných parametrov a kvality vzduchu v obsluhovaných priestoroch bez ohľadu na vnútorné poruchy a vonkajšie vplyvy. Analýza základných požiadaviek na klimatizáciu.
prezentácia, pridané 04.07.2016
Hlavné parametre vzduchu, ktoré charakterizujú jeho stav sú: teplota, tlak, vlhkosť, hustota, tepelná kapacita a entalpia. Grafické a analytické stanovenie parametrov vlhkého vzduchu. Stanovenie parametrov prietoku a privádzaného vzduchu.
práca, pridané 26.12.2011
História vzniku a ďalšieho vývoja kompresorovej techniky. Svetové trendy vo vývoji technológie stlačeného vzduchu. Klasifikačné a hodnotiace ukazovatele používané pri kontrole kvality kompresorových zariadení. Pojmy a definície.
semestrálna práca, pridaná 26.04.2011
Študovať technické údaje a princíp činnosti prívodného ventilačného systému s recirkuláciou vzduchu, ktorý sa používa v automobiloch s klimatizáciou a je určený na zabezpečenie požadovanej výmeny vzduchu, chladenia a ohrevu vzduchu.
abstrakt, pridaný 24.11.2010
Analýza základných požiadaviek na klimatizačné systémy. Hlavné zariadenie na prípravu a pohyb vzduchu. Informácie o centrálnych klimatizáciách a ich klasifikácii. Konštrukcia a princíp činnosti ich hlavných sekcií a jednotlivých jednotiek.
práca, pridané 01.09.2010
Stanovenie objemu plynu, špecifických hodnôt vnútornej energie, entalpie a entropie. Výpočet teoretickej rýchlosti adiabatického výtoku a hmotnostného prúdenia vzduchu, teploty vzduchu adiabatickej a polytropickej kompresie. Úlohy na tému prenos tepla.
test, pridané 03.06.2010
Spôsoby stabilizácie teploty vzduchu v presklených blokových skleníkoch so systémom ohrevu vody, kde je teplota vzduchu riadená zmenou teploty chladiacej kvapaliny pomocou zmiešavacieho ventilu. Princíp automatického riadenia.
Zdá sa, že v plynárenstve nie je nič jednoduchšie ako stlačený vzduch. Aj na to, aby sme to definovali, sa netreba namáhať, spomínajúc na študentské roky. Je zrejmé, že je to len vzduch pod tlakom.
Vie však niekto v skratke odpovedať, prečo je potrebný stlačený vzduch?
Samozrejme, existuje veľa oblastí použitia. A to nie je prekvapujúce, pretože práca stlačeného vzduchu sa nachádza takmer všade, stačí vidieť zbíjačku na ulici. Áno, a štatistiky hovoria, že v Európe asi 10 % elektriny spotrebuje priemysel na výrobu stlačeného vzduchu. To zodpovedá 80 terawatthodinám za rok. To je aspoň to, čo hovorí Wikipedia.
Toto všetko je pravda. To však stále nie je odpoveď na otázku „prečo?“.
Medzitým on, taká jednoduchá odpoveď, existuje. Stlačený vzduch v obrovskom počte prípadov slúži ľudstvu na prenos mechanickej energie. A tiež slúžiť ako jeho úložisko. Veď uskladniť napríklad elektrinu nie je také jednoduché. A mechanická energia sa pomerne ľahko skladuje. Plynovú fľašu stačí dobre naplniť.
Teda slovami tej istej Wikipédie: „Z hľadiska svojej úlohy v ekonomike je stlačený vzduch na rovnakej úrovni ako elektrina, zemný plyn a vodou. Ale jednotka energie uložená v stlačenom vzduchu stojí viac ako energia uložená v ktoromkoľvek z týchto troch zdrojov.“
Existuje veľmi, veľmi veľa príkladov takejto "energeticko-mechanickej" aplikácie. Takže stlačený vzduch sa používa na ovládanie akéhokoľvek pneumatického pohonu (t. j. všetko v rovnakom zbíjačke). Je to potrebné aj pre rôzne dopravné systémy: tak pre tie, ktoré sa pohybujú samy, ako aj pre mechanizmy, ktoré presúvajú povedzme hromadný náklad pomocou vzduchu.
Existujú oveľa exotickejšie príklady použitia stlačeného vzduchu. Používa sa teda na morské a riečne seizmické štúdie: ako prostriedok na prieskum minerálov. To si vyžaduje pneumatický žiarič, to znamená generátor kmitov vytvorených jeho energiou. Spektrum vyžarovaného signálu závisí najmä od režimu výtoku stlačeného vzduchu. A podľa povahy vĺn odrážaných alebo lámaných zemskou kôrou sa posudzujú jej geologické vlastnosti.
Zdalo by sa, že ide o úplne novú oblasť! Ale ak sa nad tým zamyslíte, to isté je prenos energie, len v inom prostredí.
Existuje však aj iné využitie stlačeného vzduchu. Najzrejmejším z nich je použitie na dýchanie. Napríklad pri potápaní, teda prístrojovom potápaní, je to absolútne nevyhnutné.
Dôležitou otázkou, o ktorej by sa v súvislosti so stlačeným vzduchom určite malo diskutovať, je jeho kvalita.
Ak sa nad tým zamyslíte, otázka je úplne logická. Ľuďom záleží na kvalite vzduchu, ktorý musia dýchať. Je celkom prirodzené predpokladať, že stroje a mechanizmy čerstvý vzduch tiež „páči sa“ viac.
Medzitým sa nečistoty prirodzene dostanú do stlačeného vzduchu. Po prvé, kompresory, ktoré to „vyrobia“, nemajú vždy systém prípravy vstupu. Preto „suroviny“ obsahujú vlhkosť a mechanické nečistoty: prach, rôzne častice atď.
Okrem toho kompresor spravidla tiež nie je sterilný. V mnohých z týchto jednotiek je napríklad ropa prítomná vo veľkých množstvách. V súlade s tým sa jeho častice dostávajú aj do stlačeného vzduchu.
Nie vždy ide o neškodný proces. Vlhkosť obsiahnutá v stlačenom vzduchu môže vážne poškodiť mechanizmy, v ktorých sa potom používa. Najjednoduchším príkladom takéhoto procesu je konvenčná korózia.
To isté platí pre mechanické častice. Ak sa dostanú do trecích častí mechanizmov, výrazne zvyšujú ich opotrebovanie a znižujú výkon.
A olej, ktorý prenikol do stlačeného vzduchu, nenesie nič dobré. Súčasný názor, že kvôli tomu treba mechanizmy menej premazávať, je podľa mnohých odborníkov mylný. Keďže tento olej je často vystavený vysokým teplotám a pod nepriaznivé faktory, objavujú sa v ňom produkty rozkladu. Takže ho už nemožno považovať za lubrikant.
Okrem toho olej interaguje s vlhkosťou z rovnakého stlačeného vzduchu. V dôsledku toho sa sám začne podieľať na korózii. Okrem toho sa vytvárajú pevné usadeniny, ktoré sú škodlivé pre akýkoľvek mechanizmus.
Jedným slovom, nízka kvalita (nedostatočná čistota) stlačeného vzduchu môže zvýšiť opotrebovanie jednotiek, kde sa používa, a vyžadovať častejšie zastavovanie na čistenie. V dôsledku toho to všetko vážne zvyšuje prevádzkové náklady podniku, ktorý to používa.
Práve požiadavky na čistotu výsledného stlačeného vzduchu v mnohých prípadoch určujú výber kompresora, ktorý sa na jeho výrobu použije. Tento proces však ovplyvňujú aj ďalšie faktory. Je dôležité, v akých podmienkach a v akom odvetví bude kompresor pracovať.
Existuje mnoho typov rôznych kompresorov.
Analyzovať všetky v rámci jedného článku je takmer nemožné. Preto sa zameriame len na tie hlavné.
Najintuitívnejšou schémou je piestový kompresor. Rotačný motor (napríklad elektrický) vďaka štandardnému systému mechanizmov (povedzme cez ojnice) generuje vratný pohyb piestov. V podstate ide o motor vnútorné spaľovanie naopak". Vo valcoch je vzduch stlačený a potom „odstránený“ cez špeciálne ventily.
Piestové kompresory sú stacionárne aj mobilné. Rozsah ich aplikácie je obrovský. Často sa teda používajú na pneumatických dúchadlách v procese prípravy a dodávky cementovo-pieskových mált a betónu. Vo všeobecnosti sú však takéto jednotky spravidla určené na výrobu stlačeného vzduchu pre technické potreby v rôznych odvetviach hospodárskej činnosti.
Takéto kompresory sú však málo použiteľné na prácu pri výrobe plynu (najmä na výrobu dusíka a kyslíka). Po prvé, nie sú veľmi vhodné na dlhodobú, a ešte viac na nepretržitú prácu. Po druhé, ich odolnosť proti opotrebeniu, ako sa hovorí, zanecháva veľa požiadaviek. A po tretie, sú nútení používať veľa oleja. Výsledkom je nízka kvalita vyrobeného stlačeného vzduchu.
Preto sa často vyberajú takzvané skrutkové kompresory, ktoré fungujú ako súčasť rozvodov kyslíka a dusíka. V takýchto zariadeniach vzduch vstupuje do kompresnej komory, ktorej objem sa pri otáčaní rotorov postupne zmenšuje.
Takéto jednotky sa tiež líšia v závislosti od použitia oleja v nich.
Skrutkový kompresor naplnený olejom má pomerne vysokú účinnosť a výkonové charakteristiky. Ale keďže v nich zostáva problém kontaminácie produktu olejom, často sú vybavené ďalšími zariadeniami, ktoré poskytujú požadovanú čistotu na výstupe. Na tento účel sa používajú filtre stlačeného vzduchu, chladničky (zvyčajne sa používajú na odvlhčovanie, ale niektoré zariadenia odstraňujú časť oleja spolu s vlhkosťou) a dokonca aj adsorbéry uhlíka. Podľa niektorých odborníkov to stačí na vyriešenie pomerne širokého spektra problémov.
Vzduch vyrobený bezolejovým skrutkovým kompresorom neobsahuje žiadny olej. Preto v niektorých oblastiach nachádza takéto riešenie hodné uplatnenie. Za to si však musíte zaplatiť. Bezolejové kompresory sú podstatne zložitejšie a približne dvakrát drahšie. Navyše sú oveľa menej nenáročné.
Existuje mnoho ďalších typov kompresorov. Napríklad membránové kompresory sú kompresory určené na stláčanie rôznych suchých plynov bez ich kontaminácie olejom a produktmi opotrebovania trecích častí. Takéto jednotky sa používajú tam, kde existujú špeciálne požiadavky na čistotu produktu: napríklad v vedecký výskum ale aj v niektorých podnikoch.
Samostatne je potrebné povedať pár slov o mobilných kompresoroch.
Používajú sa v neuveriteľne širokej škále priemyselných odvetví. Okrem už spomínaných pneumatických dúchadiel a pneumatického náradia sú potrebné napríklad pre inštalácie bezvýkopového kladenia káblov a potrubí, ako aj iných stavebných zariadení a mechanizmov.
Iné zaujímavý príklad sú mobilné kompresorové stanice používané na letiskách. Tam sú potrebné na dopĺňanie paliva do leteckých systémov stlačeným vzduchom. Mimochodom, podobné kompresory sa používajú na iné špeciálne účely: čistenie potrubí, plnenie tlakových fliaš dýchacích prístrojov v hasičských zboroch, plnenie komunikačných káblov stlačeným vzduchom atď.
Jedným slovom, stlačený vzduch nie je vôbec taký jednoduchý, ako sa zdá. A o výbere technológií často rozhoduje presne to, ako to má dopadnúť.
Stlačený vzduch je vzduchová hmota, ktorá je obsiahnutá v nádobe, pričom jej tlak prevyšuje atmosférický tlak. Používa sa v priemysle v rôznych výrobných operáciách. Typický systém stlačeného vzduchu je taký, ktorý pracuje pri tlakoch do desať barov. V takých prípadoch vzduchová hmota stlačiť desaťnásobok pôvodného objemu.
Pri tlaku 7 barov je prevádzka stlačeného vzduchu prakticky bezpečná. Je schopný poskytnúť nástroju dostatočnú hnaciu silu a tiež elektrický posuv. To si vyžaduje menšie náklady. Okrem toho sa takýto systém vyznačuje rýchlejšou odozvou, čo ho v konečnom dôsledku môže urobiť oveľa pohodlnejšie. To si však bude vyžadovať zohľadnenie nižšie uvedených parametrov.
Pomerne často výrobcovia používajú tento typ energie na rýchle a efektívne čistenie zariadení od nečistôt a prachu. Okrem toho sa stlačený vzduch široko používa na fúkanie potrubí v kotolniach. Používa sa na čistenie miestností, vybavenia a dokonca aj oblečenia od dreveného prachu. Vo väčšine krajín sa už objavili normy pre využitie tohto druhu energie, napríklad v Európe je to CUVA a v USA - OSHA. Okrem použitia vo výrobných prevádzkach sú široko používané nástroje, ktoré pracujú priamo na vzduchu - sú to skrutkovače, pneumatické vŕtačky, kľúče (pri inštalácii a konštrukcii zariadení), striekacie pištole (pri veľkých opravách). Okrem toho sa stlačený vzduch v kanistroch dnes široko používa v pneumatických zbraniach.
Pri používaní stlačeného vzduchu je potrebné dodržiavať nasledujúce bezpečnostné opatrenia.
Teraz zvážte, aké sú výhody používania tohto typu energie na výrobných linkách.
Pre optimálnu prevádzku a vysokú ekonomickú efektívnosť inštalácie musia byť splnené nasledujúce požiadavky. V pneumatickom systéme by mali byť straty minimalizované, navyše vzduch by mal k spotrebiteľom prichádzať suchý a čistý, čo sa dosiahne inštaláciou špeciálneho odvlhčovača, ktorý umožňuje kondenzáciu vlhkosti. Osobitná pozornosť by sa mala venovať aj hlavným potrubiam. Správna inštalácia vzduchovodov je kľúčom k trvanlivosti prevádzky, ako aj k zníženiu nákladov na údržbu. Zvýšením úrovne tlaku v kompresore je možné kompenzovať pokles v potrubí.
Vždy zaraďte takzvané prijímače (zberače vzduchu). V závislosti od výkonu a výkonu zariadenia môže systém obsahovať niekoľko prijímačov. Ich hlavným účelom je vyhladiť tlakové pulzácie, navyše sa plynová hmota ochladzuje vo vnútri vzduchového kolektora, čo vedie ku kondenzácii. Výpočet stlačeného vzduchu slúži na určenie spotreby prijímača. Toto sa vykonáva podľa nasledujúceho vzorca:
Doteraz sme uvažovali o využití stlačeného vzduchu na vykonávanie mechanickej práce, príjem a spracovanie informácií.
V metalurgii plní stlačený vzduch svoju najstaršiu funkciu a zúčastňuje sa technologických procesov ako činidlo obsahujúce kyslík. Hlavnou funkciou stlačeného vzduchu v hutníctve je fúkanie, t.j. dodávka stlačeného vzduchu do rôznych výrobných jednotiek - vysoké pece, otvorené pece, konvertory. Dúchanie je nevyhnutným faktorom technologických procesov v týchto agregátoch, keďže bez vzduchu, resp. bez kyslíka nedochádza k horeniu.
Prvým z týchto procesov je zúžitkovanie rudy, t.j. zvýšenie obsahu železa alebo iného kovu a zníženie obsahu škodlivých nečistôt. Jednou z metód obohacovania je flotácia. Vykonáva sa v špeciálnych kúpeľoch, kde sa privádza jemne rozdrvená ruda spolu s vodou - miazgou. Cez túto buničinu je vháňaný stlačený vzduch. Penová flotácia je založená na skutočnosti, že niektoré minerály nie sú zmáčané vodou, lepia sa na vzduchové bubliny a stúpajú, zatiaľ čo iné minerály sú vodou zmáčané a zostávajú v dužine. Výsledkom je, že kovové častice plávajú na povrch a odpadové horniny sa usadzujú na dne vane.
V pneumatických flotačných strojoch sa stlačený vzduch privádza potrubím pod nízkym tlakom. Flotácia je široko používaná na zhodnocovanie rúd neželezných kovov, kde je obsah hlavnej zložky nízky. IN železné rudy obsah hlavnej zložky je oveľa vyšší, ale musia byť tiež obohatené. V metalurgii železa sa flotácia používa na obohatenie mangánových rúd a koncentrátov železných rúd obsahujúcich 70 – 72 % železa.
Ďalším metalurgickým procesom je spekanie t.j. peletizácia jemných a prachových rúd. Na tento účel sa prašná ruda speká na spekacom stroji. Spekací stroj je kovový dopravník, ktorého každý článok je vyrobený vo forme mriežky. Z bunkra sa na tento dopravník privádza navlhčená jemná ruda, zmiešaná s malým množstvom paliva – koksu. Dopravník prechádza cez výkonné ventilátory, ktoré nasávajú vzduch cez vrstvu rudo-koksovej zmesi. Koks začne horieť, ruda sa zahreje na vysoká teplota a z jemnej sa mení na silnú pórovitú hmotu – aglomerát. Vysoká pec, v ktorej sa používa aglomerát, produkuje viac železa ako vysoká pec bez neho.
Železo v rude je vo forme oxidov. Účelom vysokopecného procesu je uvoľňovanie železa z kyslíka s ním spojeného – redukcia. Nakladacie zariadenie sype v určitom pomere rudné materiály, palivo (koks) a tavivá do vysokej pece. Jednotlivé druhy surovín sa nakladajú vo vrstvách, aby sa zväčšil povrch ich styku, na ktorom dochádza k chemickým reakciám.
Horúci vzduch je vháňaný do spodnej časti vysokej pece, do jej ohniska, cez špeciálne otvory - dúchadlá. Kyslík obsiahnutý vo vzduchu interaguje s uhlíkom koksu, čo vedie k tvorbe oxidu uhličitého CO 2 . Stúpa vyššie, prechádza cez koks, vstupuje s ním do reakcie, ktorej produktom je oxid uhoľnatý CO. Keď stúpa vyššie, berie kyslík z oxidov železa obsiahnutých v rude a viaže ho. Uvoľnené železo reaguje s uhlíkom za vzniku zliatiny – liatiny.
Na dodávku dúchadiel sa najčastejšie používajú odstredivé dúchadlá poháňané parnou turbínou. Na jednu tonu liatiny sa spotrebuje 2500 - 3500 m3 vzduchu, t.j. výkon dúchadla je až 8000 m 3 /min. Takéto množstvo studeného vzduchu by ochladilo vysokú pec a zvýšilo spotrebu paliva, preto sa vzduch pred privedením do vysokej pece predhreje na 1100 - 1300 °C v ohrievačoch vzduchu - cowperoch. Nachádzajú sa vedľa vysokej pece.
Cowpery sú kovové opláštené veže vysoké až 50 ma priemer až 9 m. Vo vnútri sú rozdelené na dve časti: spaľovaciu komoru a časť vyplnenú žiaruvzdorným materiálom. Palivo sa spaľuje v spaľovacej komore. Produkty spaľovania, ktoré prechádzajú cez dýzu, jej dodávajú teplo a zahrievajú ju. Keď sa tryska zahreje na vysokú teplotu, prívod paliva sa zastaví. Potom výkonné dúchadlá vháňajú studený vzduch do ohrievača vzduchu. Pri prechode horúcou dýzou sa vzduch ohrieva a smeruje do prstencového vzduchového potrubia obopínajúceho vysokú pec - pásu dúchacej trubice. Odtiaľ je do vysokej pece cez dúchacie trubice rovnomerne vháňaný vzduch o tlaku 0,35 - 0,4 MPa.
Trvá určitý čas, kým sa tryska zahreje. Pre neprerušované zásobovanie vysokej pece horúcim prúdom vzduchu je preto v jej blízkosti inštalovaných niekoľko ohrievačov vzduchu. Niektoré z nich zahrievajú, zatiaľ čo iné ohrievajú vzduch. Všimnite si, že vzduch obsahuje 1/5 kyslíka a 4/5 dusíka a dusík sa nezúčastňuje žiadnych chemických reakcií, ale teplo sa spotrebuje na jeho ohrev. Oveľa výhodnejšie je fúkať vo vysokopecnom procese vzduchom obohateným kyslíkom alebo čistým kyslíkom.
Použitie kyslíkového fúkania zjednodušuje proces vysokej pece a znižuje jeho spotrebu na jednotku paliva. To umožňuje znížiť veľkosť a výkon dúchadiel, ohrievačov vzduchu a potrubí, ako aj výšku vysokých pecí.
Na vhodnosť obohatenia výbuchu kyslíkom poukázal aj D.I. Mendelejev. Praktická realizácia kyslíkového výbuchu však bola možná až v 30-40-tych rokoch 20. storočia, keď boli vytvorené dostatočne výkonné stroje na rozdeľovanie vzduchu na kyslík a dusík vo veľkých množstvách. Zásluhu na vytvorení domáceho kyslíkového priemyslu má akademik P.L. Kapitsa.
Rovnako dôležitú úlohu pri výrobe ocele hrá stlačený vzduch. Ak je proces tavenia železa redukčným procesom, potom je tavenie ocele zo surového železa a kovového šrotu oxidačným procesom. Pri tavení ocele sa odstraňujú nečistoty – uhlík, kremík, mangán, ktoré sa oxidujú. Oxidácia vyžaduje kyslík.
Bessemer a Thomas vyvinuli rýchly a efektívna metóda„varenie“ ocele – konvertor. Spočíva v tom, že roztavené tekuté železo je fúkané stlačeným vzduchom a v ňom obsiahnutý kyslík sa spája s uhlíkom, kremíkom a mangánom.
Konvertor je oceľová nádoba hruškovitého tvaru, zužujúca sa nahor. Z vnútornej strany je obložená žiaruvzdornými tehlami. V spodnej časti meniča sú otvory, cez ktoré je privádzaný stlačený vzduch pod vysokým tlakom. Roztavené železo sa naleje do konvertora a potom sa zospodu fúka stlačeným vzduchom. Výsledkom je, že uhlík rýchlo vyhorí a zliatina je takmer úplne oduhličená - vzniká oceľ. Keď sa kyslík spája s kremíkom a mangánom, uvoľňuje sa teplo. To eliminuje potrebu plytvania palivom v procese konvertora.
DI. Mendelejev nazval Bessemerove konvertory pece bez paliva. Konvertorová metóda pri použití fúkania liatiny stlačeným vzduchom však mala množstvo nevýhod. Pri fúkaní bol kov nasýtený dusíkom obsiahnutým vo vzduchu. Tým sa zvýšila krehkosť ocele a jej náchylnosť na starnutie. Vzduchový kyslík neovplyvnil škodlivé nečistoty - síru a fosfor. Bessemerovou metódou nie je možné použiť každú liatinu, ale iba s obsahom kremíka a mangánu, ktoré pri oxidácii emitujú veľké množstvo teplo. Preto nebolo možné spracovávať železný šrot konvertorovou metódou, ale bolo možné použiť iba tekuté surové železo. Oveľa racionálnejšie je použiť na čistenie v procese konvertora nie stlačený vzduch, ale čistý kyslík. V dobe Bessemera sa však ešte nenaučili, ako ho získať zo vzduchu vo veľkých množstvách.
Pre všetky tieto dôvody konvertorový spôsob tavenia ocele na dlhý čas ustúpil metóde otvoreného ohniska, ktorá umožňuje spracovávať nielen surové železo, ale aj železný šrot.
Palivom pre pec s otvoreným ohniskom je vykurovací olej alebo zmes koksárenského plynu vyrábaného v koksárenských batériách a vysokopecného roštového plynu. Táto zmes aj vzduch sa pred vstupom do otvoreného ohniska zahrievajú v regenerátoroch. Rozdiel medzi regenerátorom a ohrievačom vzduchu vysokej pece je v tom, že palivo sa spaľuje v ohrievači vzduchu na ohrev vzduchu a regenerátor využíva teplo odvádzané z otvorenej pece horúcimi produktmi spaľovania paliva, t.j. prebieha rekuperácia tepla.
Regenerátor je veľká komora vyrobená zo žiaruvzdorného materiálu a vyplnená žiaruvzdornými tehlovými článkami - výplňou. Každá otvorená pec má dva páry regenerátorov na ohrev plynu a vzduchu. Kým jeden vyhrievaný pár odovzdáva teplo studenému plynu a vzduchu a postupne sa ochladzuje, výplň druhého páru regenerátorov, cez ktoré prechádzajú splodiny opúšťajúce kúrenisko, sa nimi ohrieva. Keď sa tryska zahreje na určitú teplotu, automaticky sa prepne smer prúdenia plynu a vzduchu. Vyhrievané regenerátory začnú pracovať - odovzdávajú teplo plynu a vzduchu a chladené sa zastavia na ohrev. Tieto spínania sa vykonávajú každých 15 - 20 minút. Palivo sa do ohniskovej pece privádza vždy s prebytkom vzduchu, preto je v nej vždy oxidačné prostredie. Už v procese nakladania liatiny a šrotu začína oxidácia nečistôt.
Produktivita otvorených pecí je 100 ton ocele za hodinu. Použitie vzduchu obohateného kyslíkom a čistého kyslíka zintenzívňuje proces tavenia ocele v otvorených nístejových peciach rovnakým spôsobom ako tavenie železa vo vysokých peciach.
Nárast výroby ocele vo všetkých krajinách v našej dobe je však spôsobený výstavbou nie otvorených obchodov, ale obchodov s kyslíkovými konvertormi. Kyslíkový konvertor je usporiadaný rovnakým spôsobom ako Bessemerov. Jeho rozdiel od Bessemerovho je v tom, že jeho dno je celozvarené a kyslík nie je dodávaný zdola, ale zhora pod vysokým tlakom (0,9 – 1,4 MPa). Telo a spodok kyslíkového konvertora sú vyložené žiaruvzdornými materiálmi. Zavedie sa prúd privádzaného kyslíka tekutý kov a reaguje s nečistotami železa. Počas prvých 5-10 minút dochádza k oxidácii kremíka a mangánu. V dôsledku oxidačnej reakcie sa uvoľňuje teplo a teplota kovu v konvertore stúpne na 1400 - 1450 ° C. Potom sa uhlík rýchlo oxiduje - vyhorí. V vstrekovaní kyslíka sa pokračuje, kým obsah uhlíka neklesne na 2 %. V tomto prípade sa kov zahreje na 1600 ° C. Oxidačné reakcie prebiehajúce v konvertore dávajú toľko tepla, že stačí nielen na zahriatie tekutého železa, ale aj na roztavenie železného šrotu.
Metóda kyslíkového konvertora má v porovnaní s výrobou ocele na otvorenom ohni a elektrickej oceli vyššiu produktivitu - až 400 - 500 ton za hodinu. Navyše je zbavený nevýhod Bessemerovho procesu a je vhodný pre všetky druhy liatiny a železného šrotu.
Konvertorová metóda sa používa nielen pri tavení ocele, ale aj pri tavení medi v metalurgii neželezných kovov.
