CC BY
120УДК 691.51
А.В. МОНАСТЫРЕВ, канд. техн. наук
Пути снижения расхода топлива при обжиге мела с получением извести в длинных вращающихся печах
В зависимости от вида подготовки мела к обжигу различают сухой и мокрый способы производства извести в длинных вращающихся печах (Ъ/Д=30). Обжиг мела во вращающихся печах показал, что сухим способом целесообразно обжигать мел карьерной влажностью до 15% в виде кусков заданной фракции. Экспериментально установлено, что при нагревании кусков мела при температуре среды 1000оС почти полная диссоциация (остаточный СО2=1%) происходит за время: диаметр 10 мм — 0,3 ч; 20 мм — 1 ч; 40 мм — 2,5 ч; 60 мм — 4 ч.
Увеличение температуры среды до 1180— 1200оС сокращает время полной диссоциации кусков мела в два раза. Обжиг мела во вращающейся печи 02,5x75 м при температуре в зоне обжига 1250оС показал, что куски мела размером 90x65 мм содержат активный СаО в количестве 42%; 75x60 мм - 57%; 50x35 мм -75%; 40x25 мм - 80%; 35x25 мм - 85%; 25x15 мм - 88%; фракции 10-0 мм - 75%. Загрузка в печь мела фракции 0-50 мм сопровождается повышенным пылеуносом сырья из печи, ростом удельного расхода топлива и снижением содержания активных СаО+MgO в извести за счет низкой активности фракции 0-5 мм. Поэтому для производства извести высокого качества при минимальном расходе топлива обжигать мел необходимо в виде фракции 10-50 мм. Для разделения кусков мела на фракции используются грохоты типа ГИЛ-32 или электровибрационные грохоты с инерционным возбудителем типа rB^3,75x2-M.
Существенное улучшение технико-экономических показателей работы вращающейся печи достигается введением в обжигаемую фракцию мела гранул, получаемых грануляцией отсева сырья фракции 0-10 мм совместно с уловленной в осадителях печи пыли. Исследования в этом направлении ведутся в настоящее время.
а=40о
На удельный расход топлива влияет непрерывность подачи сырья в печь, поэтому мел после грохочения должен направляться в один или два расходных бункера вместимостью не менее часовой производительности печи. Подача мела из расходного бункера в печь выполняется автоматическим ленточным весовым дозатором типа ДВЛ-650 производительностью до 100 т/ч, снабженным весовым процессором и выносным табло (НПФ «СВЕДА», Украина). Дозатор осуществляет непрерывное заданное весовое дозирование материала с погрешностью 1% с местной и дистанционной индикацией на цифровом табло текущей производительности и значением массы дозированного материала нарастающим итогом.
Мокрый способ применяют в случае использования мела с карьерной влажностью выше 15%. При обжиге мела влажностью 15—35% по мокрому способу из него предварительно приготавливают шлам влажностью 44—45%, который накапливается в горизонтальном бассейне, оборудованном пневмомеханическим смесителем. Из бассейна шлам насосами подается в питатель шлама, который равномерно загружает его в печь. Снижение влажности шлама добавлением в него сульфитно-спиртовой барды (ССБ) или сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ) существенно улучшает ТЭП производства. Например, на Волковысском известковом заводе (Белоруссия) ввод в шлам 1,32 л ССБ на 1 т выпускаемой извести в печах размером 03,6x110 м сопровождается повышением текучести мелового шлама и снижением его влажности на 3,1%, что приводит к росту активности извести на 4,1% и снижению удельного расхода условного топлива на 5,3%.
Существенное снижение расхода топлива достигается установкой внутрипечных теплообменников, служа-
Рис. 1. Металлический экранно-лопастной наклонный теплообменник (ЭЛНТ): а - теплообменник ЭЛНТ; б - расположение ЭЛНТ в печи
научно-технический и производственный журнал
www.rifsm.ru
б
а
Технические характеристики цепного теплообменника для печи ПВМ 3,6X110 при влажности мелового шлама 44%
Показатели Участок цепей со стороны загрузочного конца печи
1 2 3
Тип цепей ЦОН-22Х120 ЦКН-22Х100 П-22Х164
Поверхность цепей, м2 750 180 145
Всего цепей, шт. 831 180 162
Количество цепей в одном витке, шт. 72 36 36
Коэффициент плотности навески, м2/м2 3,6 1,9 1,5
Длина участков, м 22,8 9,5 9,5
Примечание. Навеска цепей гирляндная, трехзаходный винт.
щих для улучшения теплообмена между газовым потоком и материалом в загрузочной части длинных печей. С этой целью во вращающихся печах, работающих как по сухому, так и по мокрому способам обжига, применяют цепные, экранно-лопастные, циклоидные и ячейковые теплообменники [1, 2].
Цепные теплообменники — устройства, в которых происходит конвективно-регенеративный теплообмен между газами и материалом: прогрев цепей печными газами конвекцией и отдача тепла нагретыми цепями материалу теплопроводностью. При сухом способе использование цепного теплообменника из жаропрочной стали позволяет подогревать кусковой материал до тем-
Lm
Рис. 3. Горелка одноканальная регулируемая типа ГРЦ
Рис. 2. Теплообменные устройства в печи по ходу обжигаемого материала: цепной со свободно висящими цепями; элемент металлического петлевого теплообменника; три элемента полки-лифтера
пературы 500—600оС на значительно меньшем участке зоны подогрева, чем в печи, не оборудованной теплообменником [2].
При мокром способе в цепном теплообменнике на коротком участке печи влажность шлама снижается с 45—42% до 10—5%. Дальнейшее снижение влажности материала нежелательно, так как ухудшается его грануляция и расход топлива может повыситься в связи с ростом пылеуноса материала из печи.
На практике применяют три способа навески цепей: навеску со свободными концами, гирляндную навеску с креплением за оба конца и хордовую навеску. При навеске цепей со свободными концами цепь с помощью швеллера или кольца подвешивают одним концом к внутренней стороне корпуса, а другой конец цепи свободно свисает. Длина каждой цепи 0,6—0,7 от диаметра печи в свету и увеличивается к ее выгрузочному концу; расстояние между рядами цепей 0,2—0,25 м. При навеске цепей гирляндами крепят оба их конца со смещением по винтовой линии, образующей многозаходный винт. Широкое распространение получила трехзаходная винтовая гирляндная навеска. Цепь свисает ниже оси, не касаясь футеровки. Длина цепей сокращается в сторону выгрузочного конца печи. Гирляндная навеска цепей способствует продвижению материала в печи и подвергает материал меньшему истиранию по сравнению с навеской свободными концами, что сопровождается меньшим уносом пыли из печи. При хордовой навеске цепей
Рис. 4. Многоканальная горелка фирмы ВПП «Известа»
Рис. 5. Многоканальная горелка типа М.А.в. фирмы «ип^Иегт Сетсоп»: а - головка многоканальной горелки; б - общий вид горелки; в - монтаж горелки в разгрузочной головке печи; 1 - сопла тангенциального ввода первичного воздуха; 2 - кольцевое сопло Лаваля линейного ввода воздуха; 3 - направляющая труба запальной горелки; 4 - сопла труб ввода топлива; 5 - осевой ввод воздуха; 6 - кольцевое сопло выхода вихревого первичного воздуха; 7 - футеровка корпуса; 8 - крепление горелки; 9 - горелка М.А.в.; 10 - газопровод; 11 - гибкие шланги; 12 - коллектор первичного воздуха
каждая цепь закрепляется в нескольких местах по длине окружности внутреннего диаметра печи и располагается по поверхности футеровки по винтовой линии. Хордовая навеска цепей тормозит продвижение материала в печи, что способствует его лучшему прогреванию.
В зависимости от места расположения в печи используют круглые и овальные корабельные цепи или цепи из жаропрочной стали с диаметром прутка 16—26 мм. Общая длина цепей печи несколько сотен метров, а эффективная поверхность 400—1000 м2. Протяженность цепного теплообменника по оси печи составляет 16—35 м. В таблице приведены характеристики трехза-ходного цепного теплообменника для печи 03,6x110 м Волковысского известкового завода.
Металлический наклонный экранно-лопастной теплообменник НЭЛТ (рис. 1) представляет собой лопасть 5 с ножкой 4, которая двумя болтами диаметром М20 крепится к сегменту, приваренному к корпусу печи 1. Лопасть размером 0,3x0,3x0,1 м имеет двойной уклон под углами 40о и 15о к поверхности материала во время вращения печи. Ножка 4 высотой примерно 0,26 м имеет сечение 55x25 мм. Высота ножки подбирается из расчета, чтобы она не превышала толщины слоя огнеупорного бетона в месте монтажа теплообменника. Масса теплообменника около 13 кг, материал — жаропрочный чугун марки ЖЧЮШ-22. Теплообменники типа НЭЛТ работали с положительным эффектом на печах размером 04x150 м Воскресенского цемзавода. На известковой печи 03,2x75 м Братского лесопромышленного комплекса после установки всего 16 теплообменников НЭЛТ на расстоянии 40 м от загрузочного конца печи температура отходящих газов снизилась на 150оС, а расход мазута уменьшился на 10% [2].
Металлический ячейковый теплообменник из литой жаропрочной стали эффективен в теплотехническом отношении. Он состоит из полок, шарнирно соединенных с коробками крепления, приваренными к корпусу печи. Такое крепление предохраняет теплообменник от температурных деформаций. Теплообменник делит поперечное сечение печи на секции (ячейки), благодаря чему происходит разделение материала на несколько потоков, в которых интенсивность отдачи тепла от газов к материалу значительно увеличивается. В результате температура газового потока снижается на 150—180оС, а материала повышается на 250—300оС. Ячейковый теплообменник устанавливают после цепного с интервалом 2—3 м [2]. Практика эксплуатации ячейкового теплообменника на печи 02,5x75 м, работающей при обжиге мела низкой прочности по сухому способу, показала, что он не замазывается мелом, не препятствует прохождению материала, не вызывает большого аэродинамического сопротивления печи [1].
Пороги из огнеупорного кирпича много лет сооружают в длинных вращающихся печах при производстве
извести за рубежом. Порог задерживает материал перед собой, что улучшает прогрев и выравнивает температуру крупных кусков материала, а также ускоряет конвективный теплообмен между материалом и газами. Поэтому сооружение порога перед зоной обжига снижает расход топлива на обжиг. Два-три порога из огнеупорного кирпича, выполненные в зонах подогрева и обжига, по данным зарубежной литературы, снижают на 6—8% расход топлива и на 3—4% повышают активность извести. Установка порога в конце зоны обжига помимо выравнивания степени обжига кусков материала различного размера приводит к повышению температуры вторичного воздуха, что также способствует снижению удельного расхода топлива. Введенная в эксплуатацию в 2003 г. вращающаяся печь 02,5x75 м АО «КСМ» (г. Уральск, Казахстан) имеет футеровку из шамотного уплотненного кирпича с порогом, расположенным в конце зоны обжига. Проект футеровки и порога разработаны автором статьи. Работа печи в течение нескольких лет подтвердила эффективность устройства даже одного порога [1]. Эффективность порогов увеличивается при установке перед порогом теплообменника с хордовой навеской цепей из жаропрочной стали, металлического петлевого теплообменника или керамических полок-лифтеров (рис. 2), которые улучшают перемешивание утолщенного слоя материала. Выбор типа теплообменного устройства зависит от места расположения порога в печи.
Потери тепла в окружающую среду корпусом печей зависят от теплопроводности материалов футеровки и
8
Рис. 6. Сопловая часть регулируемой форсунки конструкции Южгипроце-мент и ПО «Акмянцементас»: 1 - механизм управления дросселем; 2 - корпус; 3 - лопаточный завихритель; 4 - сопловая часть; 5 - дроссель; 6 - форсунка; 7 - кожух форсунки; 8 - механизм управления завихрителем
Мазут
Газ или воздух
Рис. 7. Газомазутная регулируемая горелка типа ГМВГ: 1 - тяга (шток); 2 - газовая (воздушная) труба; 3 - завихритель газа (воздуха); 4 - газовое (воздушное) сопло; 5 - мазутная насадка с соплом и тангенциальным завихрителем
Рис. 8. Газомазутная регулируемая горелка конструкции Южгипроце-мента и Старооскольского цемзавода: 1 - газовое сопло; 2 - газовая труба; 3 - мазутная труба; 4 - тяга (шток) иглы; 5 - завихритель мазута; 6 - перо; 7 - дроссель; 8 - мазутная игла; 9 - мазутная насадка
условий теплообмена поверхности корпуса с окружающей средой, оказывают влияние как на распределение температуры газов и материала по длине печи, так и на экономичность обжига продукта и составляют 18—20% общего расхода тепла на обжиг.
Половина потерь тепла в окружающую среду корпусом печи приходится на участок зоны обжига. Опубликованы данные о снижении на 20% потери тепла в окружающую среду корпусом зоны обжига двух печей Шидлов-ского мелоизвесткового комбината 04x150 м при выполнении их футеровки из фасонного кирпича марки ПХЦ с теплоизоляцией из муллитокремнеземистой ваты. При этом температура корпуса печи в зоне обжига снизилась на 55оС, масса футеровки на 10%. Установленная в зоне обжига печи 02,5x75 м между футеровкой и корпусом прокладка из асбестового листа снизила его температуру на 45оС и удельный расход топлива на 1,8% [1].
На потери тепла в окружающую среду влияют температура и скорость воздуха внешней среды. Потери тепла корпусом печи в зоне обжига можно снизить вдвое, покрыв его слоем жаростойкого лака марки Л-837 в смеси с алюминиевой пудрой. Выполненное напылением покрытие корпуса цементной печи 04x150 м Араратского ЦШК (Армения) двумя слоями органосиликат-ной композиции 0С-12-03Б снизило расход топлива на 1 т клинкера на 8%. Долговечность покрытия корпусов четырех вращающихся печей ЦШК составила 15 лет.
Температура первичного и вторичного воздуха, поступающего на горение топлива, оказывает существенное влияние на его удельный расход в печи, так как от ее величины зависит температура факела. Известно, что даже незначительное снижение теплового КПД холодильника и температуры вторичного воздуха приводит к понижению температуры факела, величина которой обычно восстанавливается до заданного значения увеличением подачи топлива. Понижение температуры факела существенно уменьшает поток тепла от факела к материалу, снижая скорость диссоциации СаСО3 в зоне обжига, что при неизменном расходе топлива приводит к снижению производительности печи и соответственно к увеличению удельного расхода топлива.
Нагревание вторичного воздуха осуществляется в холодильнике извести. Удельный расход воздуха, проходящего через холодильник извести, в зависимости от применяемой конструкции горелочного устройства составляет 70—100% общего расхода воздуха на сжигание топлива. При обжиге мелового и низкопрочного сырья мокрым и сухим способами в длинных вращающихся печах известь на выходе из зоны обжига состоит в основном из мелких и пылевидных фракций, поэтому для их охлаждения применяют холодильники барабанного типа, отличающиеся значительным измельчением извести и низким тепловым КПД (50—55%) [4]. В холодильнике извести передача тепла от материала к воздуху
происходит конвекцией, поэтому температура его подогрева зависит от величины коэффициента теплоотдачи от извести к воздуху и времени пребывания в нем материала. На величину коэффициента теплоотдачи влияет скорость движения воздуха через холодильник, которая зависит от величины разрежения в выгрузочной головке печи. Поэтому важно содержать в исправном состоянии устройство уплотнения выгрузочного конца печи и автоматически поддерживать заданную в нем величину разрежения.
Для снижения выноса в печь пылевидной извести в однобарабанном холодильнике иногда сооружают бесконтактный участок. Известь из печи по течке поступает в охлаждающую часть холодильника, снабженную подъемной перегородкой и устройствами для улучшения теплообмена между воздухом и известью. По оси холодильника от выходного отверстия барабана холодильника до перегородки устанавливается труба, через которую вентилятор отсасывает нагретый в противотоке с материалом воздух и после очистки его в циклоне от пыли нагнетает в горелку или через отверстие в выгрузочный конец печи, что способствует снижению расхода топлива и улучшает видимость в печи [4].
Бесконтактные барабанные холодильники применяются при производстве извести во вращающихся печах бумажной и химической промышленности. Промышленные испытания прошли три варианта: установка одной трубы диаметром 1 м и длиной 7 м (Венгрия); нескольких труб (Швеция), расположенных по периметру половинок диаметра труб. При этом воздух движется внутри труб, а известь — в межтрубном пространстве. Известь из печи вначале поступает в межтрубное пространство, где отдает тепло воздуху через стенку трубы, а затем пересыпается в контактную с воздухом часть. Бесконтактные холодильники сложны по конструкции и требуют применения легированной стали. Из-за пониженных коэффициентов передачи тепла через промежуточную поверхность их тепловой КПД ниже, чем у контактных аппаратов.
Горелочные устройства вращающихся печей придают факелу необходимую форму и направление и оказывают значительное влияние на экономичное сжигание топлива. В РФ и СНГ при производстве извести во вращающихся печах применяют газообразное и жидкое топливо; пылеугольное топливо применяется при производстве цементного клинкера. В США длинные вращающиеся печи с внутрипечными теплообменными устройствами отапливаются в основном каменным углем и мазутом.
К горелочным устройствам длинных вращающихся печей предъявляется ряд требований: большая тепло-производительность, достигающая 100 МВт; высокая температура факела в зоне обжига (1400—1450оС), необходимая для интенсивной передачи тепла излучением с целью ускорения эндотермической реакции декарбони-
зации сырья; обеспечение полного сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха в пределах 1,06—1,08 для природного газа; в пределах 1,08—1,1 для мазута и в пределах 1,1—1,15 для угольной пыли. Газообразное топливо подается в печь горелками, мазут и пы-леугольное топливо — форсунками.
При сжигании газообразного топлива применяют горелки низкого и среднего давления. Двухканальные горелки низкого давления до сих пор используют во вращающихся печах некоторых предприятий. В такой горелке по внутренней трубе под давлением 20—50 кПа подается газ, по внешней трубе под давлением 1,6—2,5 кПа вентилятором нагнетается 15—30% общего расхода воздуха, регулируемого поворотной заслонкой. Скорость истечения газа 40—75 м/с, воздуха 30—60 м/с. В сопле горелки (в газовом или воздушном каналах) устанавливают спиралеобразные завихрители, способствующие более интенсивному перемешиванию топлива и газа. Положение конфузора горелки изменяют механизмами с ручками управления. Двухканальные горелки обеспечивают полное сгорание газа при а=1,1—1,15, поэтому их замена на одноканальные регулируемые горелки типа ГРЦ экономит 2—3% удельного расхода топлива на обжиг.
Горелка типа ГРЦ (рис. 3) включает корпус 3, сопло 2, трубчатый дроссель 1 со шнековым завихрителем 9 и механизмом перемещения дросселя 5. При полном перекрытии отверстия сопла дросселем весь поток топлива через окна поступает во внутреннюю полость дросселя и получает максимальное завихрение. При промежуточном положении центральный завихренный поток газа обтекается незавихренным кольцевым потоком, ограничивая угол раскрытия факела. При этом угол раскрытия факела изменяется в пределах 17—30о, скорость истечения газа 200—450 м/с, что обеспечивает изменение длины факела на 50%. Давление газа на входе в горелку 20—200 кПа. Площадь выходного кольцевого сечения сопла 2 изменяют путем перемещения (вперед-назад) дросселя 1. Для этого пользуются рукояткой 6, с помощью которой движение через рычажную систему и шток 4 передается дросселю 1.
Завихрение газового потока образуется от расположенных спиралью лопаток завихрителя, которые поворачиваются на угол от 0+60°, в нужную сторону рычагом, благодаря чему степень завихрения газового потока регулируется плавно. Горелки прошли успешное испытание на вращающихся печах цементного и известкового производства, обеспечивая сжигание природного газа без химического недожога при а=1,05—1,1, а также надежность и простоту обслуживания [1, 3].
Многоканальные (многосопловые) горелки массивны, сложны по конструкции и при наладке работы, стоят очень дорого. На рис. 4 приведена схема многоканальной горелки ВПП «Известа». Горелка состоит из четырех концентрически расположенных стальных труб с выходными соплами, из которых две (2 и 3) служат для подачи природного газа, а две (1 и 4) — для первичного воздуха; соединительных труб; направляющей трубы 8 для газоэлектрической запальной горелки и подвода к ней воздуха. Изменение расхода топлива и воздуха регулируется поворотными заслонками 11, 16и 15, 18. Кран 13 служит для подачи газа к розжиговой горелке.
Тангенциальное расположение сопел 6 в горелке и управляемое поступление первичного воздуха позволяют регулировать в печи длину и температуру факела. Горелка закрепляется на подвижной опоре, снабженной роликом. Второй опорой служит ролик, расположенный на откатной головке печи. Горелка устанавливается на расстоянии 1,2—1,5 м от обреза печи. Перемещение горелки выполняется кран-балкой. Для подачи в горелку воздуха используется вентилятор ти-
па ВР-132-30-6,3-02 (У=8—10 тыс. м3/ч; Н=6,5-7,5 кПа) с приводом N=30 кВт; п=2940 об/мин.
Основной недостаток горелочных устройств отечественного производства — низкое качество их изготовления даже машиностроительными предприятиями. При качественном изготовлении, например, горелки ГВЦ ее завихритель надежно работает и горелка обеспечивает сжигание газа в печи без химического недожога [1]. Выпускаемые зарубежными фирмами многоканальные многосопловые горелки отличаются высоким качеством изготовления, поэтому, несмотря на их высокую стоимость, приобретаются предприятиями металлургии.
На рис. 5 приведена многосопловая горелка фирмы итШегш Сетсоп (Австрия). Горелка состоит из концентрически расположенных стальных труб с выходными соплами, в две из которых подается топливо (природный газ, мазут, пыль каменного угля), а в две — первичный воздух; соединительных шлангов; зубчатого маховика ручного управления; эластичного устройства для закрутки потока, встроенного в канал первичного воздуха с выходным соплом Лаваля; направляющей трубы для газоэлектрической запальной горелки и вспомогательного газового сопла. Механизм управления углом поворота тангенциальных сопел в пределах от 0 до 40о снабжен шкалой интенсивности закрутки потока воздуха с числами от 0 до 10. Принцип действия горелки основан на ротационном движении струй газа искривленными специальными соплами, что позволяет регулировать длину факела в широких пределах.
Установленные в 2007 г. на двух вращающихся печах размером 03,6x75 м Новолипецкого металлургического комбината многосопловые горелки фирмы ишШегт Сетсоп после проведения режимно-наладочных работ работают при а=1,1—1,11, снизив удельный расход топлива по сравнению с одноканальными горелками от 1,1 до 2,2 %.
В 1998 г. на вращающейся печи Магнитогорского металлургического комбината мокрого способа производства размером 04x150 м, оборудованной многосопловой горелкой этой же фирмы, проводился опытный обжиг доломита высокой чистоты (ППП=49,02%) с образованием в зоне обжига короткого факела с температурой 1800—1850оС. Для предотвращения прогара футеровки печи на нее наносили защитную обмазку (гарнисаж) толщиной до 500 мм. При проведении высокотемпературного обжига в местах концентрации факела образовывались кольца толщиной до 700 мм. В результате опытов был получен обожженный доломит нужного качества. Удельный расход условного топлива при оптимальной настройке горелки составил 560 кг. Эти данные подтверждают, что дорогие многосопловые горелки не дают существенной экономии топлива, поэтому их применение оправданно в особых случаях.
Качественное распыление мазута марки 100 достигается при его нагревании до температуры 115оС и давлении 5—7 МПа. Скорость истечения мазута при этом составляет 50—70 м/с. Постоянная температура подогрева мазута перед подачей в форсунку способствует его сжиганию с минимальным химическим недожогом. Более эффективным способом является стабилизация вязкости мазута. Измерение и стабилизация вязкости мазута при этом осуществляется САР, в которой датчиком служит автоматический вискозиметр.
При сжигании топочного мазута во вращающихся печах применяют одноканальные и двухканальные форсунки с применением механического распыливания мазута под давлением до 2,5 МПа. На рис. 6 приведена сопловая часть регулируемой односопловой двухканальной мазутной горелки конструкции института Южгипроце-мент (Украина) и ПО «Акмянцементас» (Литва), приня-
Мазут
Водомазутная эмульсия
Вода
Рис. 9. Установка гидроэмульгирования мазута: 1 - эмульгатор; 2 - обратный клапан; 3 - насадка; 4 - вентиль; 5 - манометры; 6 - счетчик воды; 7 - термометр; 8 - расходомер мазута; 9 - вентили
той в серийное производство. Корпус горелки выполнен из жаропрочной стали Х23Н18. Передняя часть корпуса горелки с помощью конусного перехода позволяет изменять диаметр на 30% и расположена со смещением на 150 мм по горизонтальной оси. Каждая из лопаток завих-рителя закреплена на общем кольце, которое поворачивается вокруг оси горелки с помощью двух тяг и поворотного кольца, шарнирно соединенного с двумя ведущими лопатками, что позволяет поворачивать все лопатки завихрителя на угол 45о. Конический дроссель может перемещаться вдоль оси горелки, что позволяет изменять проходное сечение сопла и изменять скорость выхода подаваемого в горелку из холодильника горячего первичного воздуха от 30 до 90 м/с. Кожух мазутной форсунки позволяет вставлять и вынимать ее без демонтажа горелки. Конструкция горелки обеспечивает охлаждение всех деталей завихрителя, включая наружное кольцо. Длительное испытание горелки подтвердило снижение удельного расхода топлива на 2,8% по сравнению с горелками других конструкций.
Многие цементные предприятия работают на двух видах топлива, например на природном газе и мазуте. С целью сокращения потери продукции при переходе с газа на мазут и обратно применяют газомазутные горелки. Газомазутная регулируемая горелка типа ГМВГ (рис. 7) предполагает раздельное сжигание газа или мазута. На
вращающейся печи размером 05x185 м Староосколь-ского цементного завода прошла успешное испытание газомазутная горелка для совместного сжигания природного газа и мазута без химического недожога топлива при а= 1,08—1,12, обеспечив при этом проектную производительность печи. Газомазутная регулируемая горелка конструкции Южгипроцемента (Украина) (рис. 8) обеспечивает полное сжигание мазута при а=1,05—1,1, что говорит о его хорошем распылении.
Институт НИИСМИ (Киев, Украина) совместно с Любомирским известково-силикатным заводом (Украина) внедрили на вращающейся печи 02,5x75 м установку гидроэмульгирования топочного мазута, используемого для печи (рис. 9).
Основными элементами установки УГЭМ-2 являются насос-эмульгатор 1, оборудование, арматура и приборы системы ввода дополнительной воды. Водомазут-ная эмульсия приготавливается следующим образом: мазут и вода образуют смесь, которая обрабатывается вращающимися лопастями крыльчатки, диском-турбо-лизатором и гребенкой эмульгатора. Этот комплект деталей обеспечивает получение и подачу в магистраль однородной водомазутной эмульсии, из которой она поступает в форсунку механического распыления. Производительность установки 2,5 т/ч; мощность электродвигателя эмульгатора 5,5 кВт; давление мазута 0,6—1,4 МПа; рекомендуемое влагосодержание готовой эмульсии 7—11%. Установка УГЭМ-2 проста по конструкции, при монтаже и обслуживании, не требует изменения конструкции установленной в откатной головке печи механической форсунки.
Применение водомазутной эмульсии при отоплении вращающейся печи увеличивает излучательную способность факела на 5—6% и приводит к образованию в зоне обжига печи парогазовой среды, в результате чего активность извести возрастает на 4—5%, удельный расход топлива снижается на 2—3% и на 40—50% сокращается химический недожог топлива.
Наладка горелочного устройства невозможна без анализа отходящих газов печи, который позволяет оценить эффективность процесса горения топлива и подсосы атмосферного воздуха на различных участках газохода печь — дымосос. Контролируя содержание СО2, О2, СО, Н2 в отходящих газах, можно рассчитать коэффициент расхода воздуха, химический недожог топлива, потери тепла с отходящими газами, что позволяет не только рассчитать расход тепла на обжиг, но и судить о состоянии зоны обжига в печи. Например, оптимальное количество СО2 в отходящих газах разных режимов об-
Потребители тепла
110-130°
^¡^— Т--
Ж-—
17 19 20
Горячая вода для шлама
22
Рис. 10. Установка утилизации тепла, теряемого корпусом вращающейся печи: а - расположение теплообменных труб на корпусе в зоне обжига печи; б - схема водоснабжения и использования тепла установки; 1 - установка утилизации тепла; 2, 7 - насосы; 3, 21 - пиковые бойлеры; 4, 5, 6- вентили; 8 - электронный клапан; 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22 - вентили; 13 - бойлер летнего режима; 23 - котел заводской котельной
жига различно и подбирается экспериментально (обычно СО2=25—27%; О2= 1,4-2%).
Для анализа отходящих газов используются переносные и стационарные газоанализаторы. В качестве переносного применяют хроматограф «Газохром-3101». Для определения О2 с точностью измерения 1% применяют стационарные автоматические электромагнитные газоанализаторы типа МН-5106, МН-5130 и с электрохимическим датчиком; с точностью 0,4% — автоматический газоанализатор типа АКВТ-01 (Аналитприбор, Смоленск).
Потери тепла корпусом вращающейся печи составляют для длинных печей 18—20% общего расхода тепла на обжиг материала, в том числе половина потерей тепла приходится на зону обжига. Институт Южгипроце-мент (Украина) с 1970 г. разрабатывал и оснащал вращающиеся печи цементного производства устройствами для утилизации тепла, теряемого корпусом печи в зоне обжига. Первая установка утилизации тепла, внедренная на двух цементных печах Бахчисарайского цементного завода 03x100 м в 1970 г. (Крым), представляла собой дугообразные секции водопроводных труб, обрамлявших корпус печи в зоне обжига, в которые насосами заводской котельной подавалась вода. Установка нагревала химически очищенную воду, используемую в котлах, от 80 до 107оС. Оснащение такими установками вращающихся печей 3,6x150 м, 4x150 м, 4,5x170 м и 5x185 м мокрого способа производства цемента (рис. 10) позволило на 90% использовать ранее теряемое корпусом тепло, на 50—60 сут увеличить стойкость футеровки в зоне обжига, снизить на 70—80оС температуру корпуса, уменьшить удельный расход топлива на обжиг и большую часть года обходиться без котельной. Окупаемость установки составляла 1,5 года.
В 1992 г. была создана более совершенная установка утилизации тепла типа ЮГЦ-ВЭР-2, в которой бы-
ли устранены недостатки прежней (ограничение доступа к корпусу печи во время ее ремонта, сложная система спуска воды, трудоемкость монтажа секций и др.), а также разработана более совершенная схема использования горячей воды. Установка позволяет выполнять ремонтные работы и замену обечаек корпуса печи без его демонтажа. Разработаны одноконтурные и двухконтурные варианты устройств, позволяющие снабжать отопительные приборы зданий, душевых, столовых круглый год. Окупаемость установки ЮГЦ-ВЭР-2 составляет 0,5—1 год при непрерывной работе [5]. В период распада СССР установки утилизации тепла корпуса вращающейся печи были демонтированы на всех предприятиях цементной промышленности.
Список литературы
1. Монастырев А.В. Опыт обжига мелового сырья на известь строительную в газифицированных шахтных и вращающихся печах // Строит. материалы. 2008. № 2. С. 56-60.
2. Монастырев А.В. Внутренние теплообменные устройства для вращающихся известеобжигательных печей: Обзор. М.: ВНИИЭСМ, 1971. 31 с.
3. Копелиович В.М., Тынников И.М. Газообразное топливо и эффективность его использования в цементной промышленности: Обзор. Вып. 2. М.: ВНИИЭСМ, 1989. 68 с.
4. Монастырев А.В. Холодильники извести для вращающихся печей: Обзор. М.: ВНИИЭСМ, 1977. 48 с.
5. Воробейчиков Л.Т., Здоров А.И., Соболев Н.Е. Новое устройство для улавливания и использования вторичной тепловой энергии корпусом вращающихся печей // Цемент. 1992. № 1. С. 8-10.
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «СТРОЙМЕХДНИКА» +7 (4872) 701 400
Надежные и качественные комплектующие:
1
Винтовые конвейеры серии «ВК»
г
Ленточные транспортеры серии «ПК»
Реклама
Машиностроительное предприятие «СтройМеханика», РФ, г. Тула, пос. Рудакове, ул. Люлина, д. 6А; Тел/факс +7 (4872) 701 400; е mail: info@penobet.ru www.stroymehanika.ru
