Efektivnost průmyslových spalovacích procesů lze vedle předehřevu spalovacího vzduchu výrazně zlepšit také použitím kyslíku. Spalování je v podstatě chemickou reakci, při které kyslík ze spalovacího vzduchu reaguje s vodíkem a uhlíkem v palivu za vzniku vody a oxidu uhličitého, přičemž se uvolňuje teplo. Vzduch je tvořen 21 % kyslíku, 78 % dusíku a 1 % ostatních plynů. V průběhu spalování ve vzduchu inertní dusík ředí reaktivní kyslík a odvádí část energie ze spalovacího prostoru ve formě horkých spalin. Zvyšováním podílu kyslíku ve spalovacím vzduchu můžeme snížit energetické ztráty a zvýšit tepelnou účinnost. Průmyslové pece, které využívají kyslík nebo kyslíkem obohacený vzduch, používají ke zvýšení koncentrace kyslíku ve spalovacím vzduchu kapalný kyslík nebo adsorpční zařízení k odstranění dusíku ze vzduchu a zvýšení podílu kyslíku v něm. Některé systémy přivádějí čistý kyslík přímo do hořáku (obr. 1), jiné pak přidávají kyslík do přívodního potrubí spalovacího vzduchu (obr. 2). Některé ohřívací systémy používají pomocné kyslíkové hořáky spojené se standardními vzduchovými hořáky. Jiné systémy aplikují postupnou změnu obsahu kyslíku pro různé fáze ohřevu. Jsou dokonce i systémy, kde je kyslík přiváděn tryskou pod (obr. 3), vedle nebo přes plamen vzduchového hořáku. VÝHODY Spalování se vzduchem, který je obohacený kyslíkem, může: Zvýšit účinnost. Ztráty tepla spalinami jsou sníženy, protože je zmenšeno množství spalin, které opouštějí pec. Spaliny obsahují méně dusíku, který vynáší teplo z pece. Snížit emise. Určité typy hořáků a kyslíkových spalovacích systémů mohou dosáhnout nižší úrovně oxidů dusíku, oxidu uhelnatého a uhlovodíků ve spalinách. Zlepšit stabilitu teploty a přenos tepla. Zvýšení obsahu kyslíku umožňuje dosáhnout stabilnějšího plamene a vyšší teploty spalování, což vede ke zlepšení přenosu tepla. Zvýšit produktivitu. V případě, že je pec převedena na spalování s obohaceným vzduchem, může dojít díky zvýšení teploty plamene a zvýšenému přenosu tepla radiací ke zvýšení výkonu pece, a to i při stejné spotřebě paliva. Používání kyslíkem obohaceného spalování pro určité aplikace může zlepšit účinnost v závislosti na teplotě spalin a obsahu kyslíku ve spalovacím vzduchu. Na grafu vidíme odhad energetických úspor pro obvyklé ohřívací procesy. Konverze na kyslíkem obohacené spalování je doprovázena zvýšením teploty pece a následným snížením rychlosti proudění spalin v peci podél produktu. Není-li dostatečné zvýšení přenosu tepla do výrobku, zvýší se teplota spalin nad úroveň před konverzí a důsledkem bude nízká nebo žádná úspora paliva. V pecích s vysokým podílem radiace na přenosu tepla dochází konverzí k podstatnému zvýšení přenosu tepla. Důsledkem toho se teplota spalin udržuje na úrovni před konverzí, nebo se dokonce i sníží. V pecích, kde je určující přenos tepla prouděním, rychlost proudění plynů klesá, a tím se snižuje koeficient přenosu tepla prouděním více, než je příspěvek k přenosu tepla z důvodu vyšší teploty plynů. V tomto případě by konverze jen málo prospěla zvýšení celkového přenosu tepla, což se může projevit zvýšením teploty spalin oproti stavu před konverzí. POTENCIONÁLNÍ VYUŽITÍ Kyslíkem obohacované spalování se využívá v řadě průmyslových odvětví. Různé možnosti nasazení jsou uvedeny v tabulce 1. PŘÍKLADY APLIKACÍ Kovářské pece – příkladem použití mohou být pece sloužící k ohřevu oceli na kovací teplotu. Teplota v těchto pecích dosahuje až 1300 °C. Tabulka 2 srovnává v praxi dosažené úspory paliva pro různé ohřívací pece v případě několika rozdílných úrovní kyslíku ve spalovacím vzduchu. Při použití čistého kyslíku mohou být úspory paliva až 42 %. Vanové pece pro tavení hliníku – vanová pec pro tavení hliníku s kapacitou 40 tun byla otápěna vzduchovým rekuperačním hořákovým systémem, který zajišťoval předehřev spalovacího vzduchu až na teplotu 550 °C. Zvýšením obsahu kyslíku ve spalovacím vzduchu v závislosti na průběhu tavby v rozmezí 30–50 % bylo dosaženo zvýšení výroby o 42 % a zároveň snížení měrné spotřeby zemního plynu na tunu hliníku ze 70 na 49 m3. Vít Tuček Messer Technogas s. r. o.
