Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Другое / Конспекты / Лекция по теме "Топливо"

Лекция по теме "Топливо"

  • Другое

Поделитесь материалом с коллегами:


Тема: Технологические процессы при обжиге сырьевых смесей и получение портландцементного клинкера

Тема урока: Технологическое топливо и его подготовка


В цементной промышленности для обжига цементного клинкера, сушки сырья и добавок применяется твердое, жидкое и газообразное топливо.


Характеристика топлива


Характеристика топлива включает следующие показатели: химический состав, теплоту сгорания, расход воздуха на горение, выход продуктов горения, жаропроизводительность (теоретическую температуру горения) и содержание CO2+SO2 в сухих продуктах горения (RO2max).


Твердое топливо


К основным видам твердого топлива, используемого в цементной промышленности, относятся каменные и бурые угли, горючие сланцы. В России преимущественно применяется каменный уголь, поэтому ниже приводятся данные именно по этому топливу. Для твердого топлива в зависимости от состава различают рабочую, сухую, горючую и органическую массы.


Характеристики состава твердого топлива

Каменный уголь – характеристика горючей массы:

  1. содержание:

  • углерод – 75…90%,

  • водород – 4…6%,

  • кислород – 2…15%,

  • летучие – 10…50%,

  • зольность – 13…22% (сухой массы),

  • влажность – 5…15% (природной рабочей массы),

  • RO2max = 18,0…19,3%;

  1. теплота сгорания = 31…35 МДж/кг;

  2. жаропроизводительность = 2020…2120°С;

  3. теоретический расход воздуха на 1 кут – 7,63 нм3;

  4. выход продуктов горения на 1 кут – 7,92 нм3.


Жидкое топливо


В качестве жидкого топлива для вращающихся печей применяют в основном топочный мазут марок 40 и 100.

  1. состав мазута:

  • углерод – 86,1…86,3%,

  • водород – 9,6…10,7%,

  • сера – 0,5…3,5%,

  • влажность 0…2%,

  • RO2max 15,9…16,2%;

  1. теплота сгорания: М 40 – = 38,5…40,7 МДж/кг,

М 100 = 38,3…40,3 МДж/кг;

  1. жаропроизводительность = 1400…2000°С;

  2. теоретический расход воздуха на 1 кут – 7,63 нм3;

  3. выход продуктов горения на 1кут – 8,18 нм3;

  4. температура застывания: М 40 < +10ºС, М 100 < +25ºС;

  5. температура вспышки: М 40 > 90ºС, М 100 > 110ºС.


Газообразное топливо


В качестве газообразного топлива используется природный газ, который в основном состоит из метана и незначительного количества высокомолекулярных углеводородов.


Характеристика природного газа


  1. содержание:

CH4 = 81,7…98,7%,

CnHm = 1,2…9,5%,

CO2 = 0,1…0,4%,

N2 = 0,5…8,5%,

RO2max = 11,6…12,0%;

  1. теплота сгорания:

= 36…38 МДж/нм3,

= 33…36 МДж/ст.м3;

  1. жаропроизводительность = 2030…2040оС;

  2. теоретический расход воздуха на 1 кут – 7,77 нм3;

  3. выход продуктов горения на 1кут – 8,68 нм3.


Подготовка топлива


Топливо для сжигания во вращающейся печи требует определенной подготовки.


Твердое топливо


Во вращающейся печи осуществляется факельное сжигание топлива, поэтому твердое топливо предварительно подвергается сушке и помолу до порошкообразного состояния. Основным твердым топливом, используемым при обжиге клинкера во вращающейся печи, является каменный уголь, поэтому далее будут рассматриваться способы подготовки и сжигания именно пылеугольного топлива.

К форсуночному топливу предъявляются следующие требования:

  • содержание летучих – ~ 15…30%;

  • зольность – ≤ 30%;

  • влажность – ~ 1…2%;

  • остаток на сите №02 – R02~1,5…2,0%; №008 – R008~10…15%;

  • теплота сгорания низшая – ≥ 21 МДж/кг.


Схемы подготовки форсуночного топлива


Подготовка топлива сводится к сушке и помолу угля. При высокой исходной влажности кусковой уголь может подвергаться предварительной сушке в сушильном барабане. Однако, как правило, в современных технологических схемах производится одновременная сушка и помол угля. При этом используются три принципиально различные схемы:

  • объединенная с печью система, когда весь сушильный агент направляется в печь в качестве транспортирующего угольный порошок первичного воздуха

  • разъединенная схема, когда используется индивидуальная независимая от печи сушильно-помольная система;

  • систем прямого вдувания угольного порошка из быстродействующей мельницы в печь

Общим для всех схем является необходимость из-за взрывобезопасности поддержание температуры после мельницы для большинства углей до 70ºС. Только для тощих допускается 80ºС.

Рассмотрим особенности работы каждой схемы.

Объединенная с печью система. Особенность данной схемы заключается в следующем:

  • в качестве сушильного агента используются газы из специальной топки или избыточный воздух из колосникового холодильника;

  • газы из мельницы после частичной очистки в циклоне направляются вентилятором во вращающуюся печь в качестве первичного воздуха, вследствие чего не требуется дополнительное пылеулавливающее оборудование и отсутствует выброс угольной пыли газов в атмосферу, следовательно, она более экологична;



Объединенная с печью система подготовки угля




hello_html_2ea93bb4.jpg






hello_html_3793c330.jpg













Разъединенная с печью система подготовки угля













Система прямого вдувания угольного порошка в печь


  • завышенное, до 30%, количество холодного первичного воздуха взамен горячего вторичного, обусловленное большим объемом сушильного агента, приводит к перерасходу топлива и к нерациональному факелу.

Разъединенная схема возникла именно в связи с необходимостью устранения этих недостатков. Это стало особенно актуально с появлением горелок, позволяющих сжигать угольное топливо с небольшим, до 7%, количеством первичного воздуха и смеси различных топлив, в том числе и техногенных материалов.

Недостатком разъединенной схемы является необходимость установки дополнительного оборудования: электрофильтра, вентилятора, бункера, пневмотранспорта, трубы (на рис.2 выделено синим цветом). Это, естественно, приводит к дополнительным капитальным затратам и перерасходу электроэнергии. Однако экономия топлива и другие положительные моменты перекрывают эти недостатки, поэтому в настоящее время, в основном, применяется подобная схема.

Система прямого вдувания угольного порошка из мельницы в печь имеет предельно малое количество оборудования. Такая схема особенно эффективна при сушке угля невысокой влажности. Преимущества системы прямого вдувания, помимо обозначенных для первой схемы, заключаются в ее компактности, малом количестве оборудования, низких капитальных затратах и пониженном расходе электроэнергии. Недостатки те же, что и для первой схемы. Однако из-за значительного уменьшения суммарной длины газоходов и количества оборудования существенно уменьшается сопротивление системы, что позволяет значительно снизить объем сушильного агента и, соответственно, первичного воздуха.


Жидкое и газообразное топливо


Подготовка к сжиганию в печи мазута сводится к его подогреву до температуры порядка 105…120ºС с тем, чтобы обеспечить условную вязкость по Энглеру, равной 1…2оВУ. Условная вязкость определяется в сравнении с водой по времени истечения мазута и воды из определенной емкости через калиброванное отверстие. Если время истечения совпадает, то это соответствует 1оВУ, при 2оВУ время истечения мазута будет в два раза дольше, чем воды. Для обеспечения интенсивного распыления мазута необходимо перед форсункой иметь давление в пределах 25…35 бар.

Газообразное топливо не требует предварительной подготовки. Для рациональной работы различных типов горелок требуется давление не ниже 2 бар.


Оптимизация сжигания топлива во вращающейся печи


Рассмотрим влияние отдельных факторов на горение топлива.

В и д, с о с т а в и п а р а м е т р ы п о д г о т о в к и т о п л и в а. Наибольшие скорость и температура горения наблюдаются при сжигании угольного топлива, наименьшие – при применении газообразного. Существенное влияние на горение твердого топлива оказывают: содержание летучих , зольность , влажность и тонкость помола по остатку R008 на сите №008. С повышением содержания происходит более раннее воспламенение топлива, увеличиваются длина факела. Ускоренное воспламенение угля можно обеспечить более тонким помолом, поэтому в зависимости от рекомендуется придерживаться соотношения R008=0,5·, т.е. размалывать угольный порошок до остатка 10…12%. Сушить топливо во всех случаях нужно до гигроскопической влажности W=1…2%.

Оптимальные условия горения мазута достигаются при вязкости 1…2°ВУ, которое обеспечивается при температуре подогрева до 100…120ºС.

Для рационального сжигания газообразного топлива необходимо давление перед горелкой не ниже 2 бар.

П е р в и ч н ы й в о з д у х. Количество первичного воздуха является одним из главных факторов, определяющих интенсивность горения топлива. С увеличением доли первичного воздуха и скорости вылета угольно-воздушной смеси из форсунки Wф происходит более дальнее воспламенение топлива, усиливается турбулентность потока и укорачивается факел.

О б щ и й в о з д у х. Избыток воздуха в печи зависит в основном от работы печного дымососа. С повышением разрежения за обрезом печи увеличивается количество и коэффициент избытка воздуха α в печи и уменьшается температура факела из-за увеличения объема продуктов горения Vпг.



где , , ,– теплота сгорания топлива, энтальпия воздуха, теплоотдача от факела; , – объем и теплоемкость продуктов горения


Одновременно снижается теплообмен в печи и возрастает расход топлива (рис. 9.8). Так, повышение α от 1,03 до 1,25 приводит к концентрации температуры на 20…30 м от головки печи и быстрому прожогу футеровки на этом участке. Рациональный факел получается при снижении α до 1,05…1,10. При этом топливо воспламеняется ближе к форсунке, несколько снижается скорость горения, увеличиваются степень черноты и теоретическая температура факела , что обеспечивает интенсивный теплообмен и высокую стойкость футеровки.


В то же время необходимо тщательно следить за тем, чтобы не происходил недожог топлива, так как при этом как показано ниже, резко уменьшится теплота сгорания и температура факела , что приведет к перерасходу топлива и выпуску брака.


С + О2 = СО2 + 33,9 МДж = 2200ºС

С + О2 = СО + 10,9 МДж = 1360ºС


С к о р о с т ь т о п л и в а на выходе из форсунки оказывает большое влияние на длину факела. С увеличением скорости интенсифицируется смешение топлива с воздухом, удаляется точка воспламенения, ускоряется горение и сокращается длина факела. На современных печах с колосниковыми холодильниками необходимо поддерживать скорость потока из сопла форсунки для угольного и мазутного топлива 60…80 м/с , а для газа – 200…350 м/с.

Т е м п е р а т у р а в т о р и ч н о г о в о з д у х а. Так как скорость горения топлива в печи, в основном, определяется турбулентной диффузией, то с увеличением уменьшается плотность и растет вязкость воздуха, что затрудняет смешение его с топливом и удлиняет факел.

П о л о ж е н и е ф о р с у н к и и н а п р а в л е н и е ф а к е л а. Регулировать длину факела можно также путем изменения положения форсунки. Форсунку рекомендуется устанавливать ниже оси печи, смещать ее в сторону материала на 0,05…0,1 диаметра печи и наклонять вниз под углом 1…3%. Чем ближе к клинкеру располагается пламя, тем более затруднен доступ кислорода к топливу и тем длиннее факел.

С о в о к у п н о е в л и я н и е отдельных факторов на горение топлива. Естественно, что все вышеуказанные факторы взаимосвязаны и не могут быть рассмотрены изолированно друг от друга. При изучении совокупности воздействий установлено, что важнейшее влияние на скорость горения оказывает предварительное смешение топлива с воздухом до момента его воспламенения, которое в значительной степени определяется удалением факела от форсунки. Чем дальше в печи загорается топливо, тем больше оно предварительно смешивается с воздухом до воспламенения и тем, следовательно, короче зона горения. Если же путем уменьшения количества и скорости первичного воздуха, разрежения за обрезом печи или увеличения тонкости помола, температуры вторичного воздуха и содержания летучих в угле приблизить факел к форсунке, то он становится желтым и непрозрачным. Видимость в печи резко ухудшается, что свидетельствует о высокой степени черноты факела. При этом создаются рациональные условия сжигания топлива, обеспечивающие защитную обмазку по длине всей зоны спекания, высокую стойкость футеровки, низкий расход тепла и хорошую гранулометрию клинкера .

Таким образом, основным параметром, определяющим рациональное сжигание топлива, является расстояние от точки воспламенения топлива до устья форсунки L0, которое контролируется по удаленности максимальной температуры корпуса печи от ее горячего обреза Lmax. Для вращающихся печей длиною от 100 до 185 метров оптимальной величиной является Lmax= 11…13 метров. При сжигании угольного топлива следует поддерживать L0 на уровне 0,5…1,5 метра.

Для увеличения длины факела следует:

  • уменьшать значения регулируемых параметров Wф, , α;

  • увеличивать и угол наклона горелки β на материал.

Для сокращения длины факела необходимо осуществлять противоположные действия.


Горелочные устройства для вращающихся печей


Дополнительное регулирование процесса сжигания топлива можно осуществлять с помощью горелочных устройств. В России в связи с тем, что для обжига клинкера в основном используется газообразное топливо, то совершенствовались горелки для сжигания газа.

Принцип их работы и параметры, приведенные на рисунках, свидетельствуют, что со временем головная часть горелок оснащалась регулирующими элементами, которые позволяют изменять скорость вылета топлива из сопла горелок и обеспечить завихрение газовой струи.

Самым простым устройством для подачи топлива на горение может служить прямая труба определенного диаметра. Однако такая горелка не позволяла изменять скорость вылета топлива без изменения его расхода. Для регулирования скорости вылета топлива применяются горелки с дросселем. Двигая вперед или назад дроссель можно изменять сечение сопла горелки, т.е. положением дросселя регулируют скорость смешения топлива с воздухом и длину факела. Для того, чтобы увеличить степень завихрения газового потока применяются горелки с дросселем и завихрителем. В качестве завихрителя выступают поворотные лопатки, положением которых регулируется интенсивность завихрения. Отличительной особенностью этой горелки является возможность регулировки отдельно скорости и отдельно степени завихрения потока.



Принцип и параметры работы различных газовых горелок




Головная часть газовой горелки с завихрителем


Горелки многоканального типа рассчитаны на сжигание угля, кокса, мазута и природного газа и их смесей, а также альтернативного топлива. Горелки многоканального типа с радиальным и аксиальным газом оснащены двумя типами форсунок: для осевой подачи газа (аксиальный газ) и для тангенциальной подачи газа (радиальный газ). По сравнению с простой одноканальной горелкой современные многоканальные предполагают большие возможности для управления формой факела путем регулирования соотношения между подачей радиального и аксиального газа рис.



Принцип работы газовой горелки Pyro-Jet фирмы KHD


Ниже приводятся устройство и параметры работы угольно-мазутной форсунки


hello_html_m21e56679.jpg1.Требуется не более 7% первичного воздуха.

2. Снижение расхода топлива

3. Снижение количества отходящих газов.

Горелка Pyro-Jet для сжигания смеси угля и мазута










Контрольные вопросы


  1. Какие виды топлива и для каких процессов используются в цементной технологии?

  2. Какими основными показателями характеризуется топливо?

  3. Что входит в состав рабочей, сухой, горючей и органической массы твердого топлива?

  4. Какие основные горючие составляющие угля, мазута и газа?

  5. Каковы требования к форсуночному угольному топливу?

  6. Схемы для одновременной сушки и помола угля.

  7. Что такое сушильный агент и первичный воздух?

  8. Какова необходимая температура подогрева и вязкость мазута для его сжигания во вращающейся печи?

  9. Как влияют на интенсивность горения и длину факела:

вид, состав и параметры подготовки топлива;

объем первичного воздуха и скорость потока в форсунке;

коэффициент избытка воздуха и наклон горелки;

температура вторичного воздуха;

точка воспламенения топлива?

  1. Устройство и параметры работы газовых горелок.

  2. Устройство и параметры работы угольно-мазутной горелки.





RO2max = CO2+SО2 в сухих продуктах сгорания при теоретическом расходе воздуха на горение.

В системе СИ тепловой единицей является Дж. Однако на практике широкое распространение имеет «кал» и «кут» – кг условного топлива. Соотношение между ними: 1кут = 7000 ккал = 29,31МДж; 1 ккал = 4,19 кДж.

ст.м3 (стандартный м3) – объем газа при давлении 760 мм рт. ст. и 20оС, используется при коммерческих расчетах в РФ (1ст.м3=0,932нм3; 1нм3=1,073 ст.м3).

Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Автор
Дата добавления 18.04.2016
Раздел Другое
Подраздел Конспекты
Просмотров322
Номер материала ДБ-040740
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх