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 W_ф 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 V_пг.

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

Одновременно снижается теплообмен в печи и возрастает расход топлива (рис. 6). 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.

Рис. 6. Влияние коэффициента избытка воздуха на теоретическую температуру факела и теплоту сгорания топлива

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 (рис.7).

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 L_max. Для вращающихся печей длиною от 100 до 185 метров оптимальной величиной является L_max= 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 W_ф, , α;

• увеличивать и угол наклона горелки β на материал.

Для сокращения длины факела необходимо осуществлять противоположные действия.

Рис. 7. Способы регулирования факела: Wф – скорость потока в сопле форсунки; – объем воздуха; α – коэффициент избытка воздуха; – темпера-тура вторичного воздуха; β – угол наклона горелки на материал