6.6 Подготовка технологического топлива к сжиганию

Для обжига сырьевой шихты может использоваться твердое, газообразное и жидкое топливо. Выбор вида технологического топлива осуществляется путем составления технико-экономиче­ских обоснований.

При этом учитываются расстояние от завода до магистраль­ных газопроводов или мест добычи твердого топлива, теплота сгорания топлива, количество топлива, потребляемого заводом, стоимость топлива по месту добычи и расходы на его транспор­тировку и подготовку, должен быть также рассмотрен вопрос влияния вида выбранного топлива на качество продукции и про­изводительность печей.

6.6.1. Твердое топливо

В качестве твердого топлива для вращающихся печей при­меняются газовые и тощие каменные и бурые угли и сланцы, в которых содержание летучих веществ, серы, а также теплота сгорания, влажность и зольность регламентируются «Нормами технологического проектирования цементных заводов» и стан­дартами на твердое топливо, поставляемое для цементной промышленности. Применение углей и сланцев с большим содержанием летучих увеличивает опасность самовозгораний и взрывов.

Сжигание во вращающихся печах тощих углей в мировой цементной промышленности до настоящего времени еще не ос­воено.

Наиболее целесообразным по опытным данным и технико-эко­номическим соображениям следует считать применение угольного порошка с содержанием летучих в пределах 18—26%, при тон­кости помола, характеризуемой остатком 10—14% на сите 008. Желательно также, чтобы влажность форсуночного топлива была не выше 4—6%. Сжигание форсуночного топлива, характеризу­емого другими параметрами, приводит к ухудшению теплотехни­ческих и технологических показателей печных установок. Неже­лательно применение угля с повышенным содержанием серы. Взаимодействуя со щелочами сырья, она способствует образова­нию настылей как в самой печи (при обжиге сырьевого шлама), так и в системе запечных теплообменников (при обжиге сырьевой муки.)

Состав топливной шихты	Содержание, %	Содержание летучих веществ, %	Теплота сгорания форсуночного топлива, МДж/кг	Возможная влага форсуночного топлива, %	Максимальная зольность углей, %	Содержание серы, %
Кузнецкий тощий (Т)	50	16	25,01	1,5	до 15	0,7
Кузнецкий газовый (Г)	50	38
Кузнецкий (Т)	70	16	25,56	1,5	до 15	0,7
Кузнецкий газовый (СС)	30	35
Бурый Райчихнинский Б2Р	50	44	23,97	6	до 16	0,5
Кузнецкий (ТОМСШ)	50	16			до 25	0,7

Ниже приведены примерные характеристики топливных шихт, составленных из различных комбинаций углей.

Расчет характеристик двух видов можно производить по следующим формулам:

влажность смеси (6.3)

зольность (6.4)

теплота сгорания qh._cm ⁼ У * Рну + Z • qh_z (6.5) и т. д. Аналитическая влажность форсуночного топлива, %

(6.6)

где У и Z — содержание в шихтуемой смеси натуральных углей в долях единицы.

Индексы р, а, н и см. относятся к состоянию массы угля: рабочая, аналитическая, натуральная и смесь.

Как местный вид топлива (при условии перевозки от места до­бычи до цемзавода не более 300 км) может использоваться горючий сланец; его применяют как в смеси, с другим топливом (уголь), так и в «чистом» виде. Теплота сгорания сланца составляет 10,94-13,0 МДж/кг (2600—3100 ккал/кг), а тонкость помола не дол­жна превышать 8—9% остатка на сите № 008. На зарубежных заводах сжигают сланец совместно с жидким топливом, а также газом.

Проектирование подготовки твердого топлива включает раз­грузку его из вагонов, складирование, хранение, дробление (в случае необходимости) и составление заданной шихты.

Дробление твердого топлива предусматривается в случае, если крупность кусков поставляемого угля превышает 25—30 мм. Сушка и помол осуществляются, как правило, в одном агрега­те — в мельницах с одновременной сушкой.

Для складирования каменных углей несамовозгорающихся или слабо самовозгорающихся, как правило, применяются склады за­крытого или полузакрытого типа (рис. 6.47). При использовании углей самовозгорающихся и легко самовозгорающихся независи­мо от влажности применяются склады с открытым хранением угля в штабелях (рис. 6.48).

При использовании высоковлажных углей необходимо предус­мотреть предварительную их подсушку до влажности около 15%, обеспечивающую нормальный транспорт и дозирование. В случае применения замкнутых схем и схем с прямым вдуванием степень предварительной подсушки для высоковлажных углей определя­ется технико-экономическими расчетами. При этом можно ори­ентировочно принимать удельный паросъем в сушильных бара­банах равным 25—35 кг/ч на 1 м³ объема барабана.

Р асход тепла на сушку угля влажностью 25—15% в сушильно-помольных установках составляет, примерно, 4,24-5,0 МДж (1000—1200 ккал) на 1 кг испаренной влаги; то же при влаж­ности угля 15—6% — от 5,0 до 7,5 МДж (1200— Ш)0 ккал). Расход тепла на 1 кг подсушенного угля для тех же условий составит соответственно 837—921—418 кДж (290—220—100 ккал) на 1 кг угля.

Как правило, поставка угля осуществляется в гондолах с нижней разгрузкой. Опорожнение их осуществляется или через нижние люки самотеком на транспортеры или с помощью ро­торного вагоноопрокидывателя 7.12. В зимнее время для приема смерзшихся в вагонах углей применяются тепляки (разморажи­вающие устройства) или бурорыхлители (для слабосмерзающихся углей).

Производительность разгружающей станции с вагоноопрокидывателем ограничена значительными потерями времени на под­готовительные операции. Поэтому такая станция может разгру­жать не более 700 т/ч (около 12 вагонов). Применение схемы приема угля по рис. 6.48 позволяет разгружать в одну ставку 1000 т/ч и более. С целью быстрейшего опорожнения полува­гонов устанавливаются портальные агрегаты или виброустрой­ства. Из вагонов уголь при помощи транспортирующих уст­ройств (ленточные конвейеры, элеваторы и пр.) подается, как правило, на склад.

Угли, поставляемые цемзаводам, по фракционному составу подразделяются на рядовые, отсевы и энергоконцентрат. При по­ставке углей с большим количеством крупных кусков предусмат­ривается установка дробилки непосредственно на решетке при­емного устройства.

Р ядовые угли, поставляемые в кусках 0—300 мм, должны подвергаться предварительному дроблению. Отсевы и энергокон­центрат (размер куска до 30 мм) поступает через бункер в мель­ницу без дробления. При наличии в угле мелочи до 25—30% перед дробилкой следует предусмотреть установку грохота.

Подлежащие смешению сорта углей раздельно загружают­ся в приемные бункера перед дробилкой и с помощью пита­телей в заданном соотношении подаются в дробилку. Из дро­билки смесь подается в бункера мельниц. Если уголь требует частичного дробления или подача кусков осуществляется периодически, то грохот устанавливается перед дробил­кой.

После выгрузки уголь с помощью механизмов (роторные экскаваторы, штабелеукладчики, ленточные конвейеры и т. д.) направляется для складирования. Операции по подготовке топ­лива к сжиганию завершаются сушкой и помолом угля. Эти процессы, как правило, совмещаются в мельницах с одновре­менной сушкой.

Выбор схемы топливоподготовки должен осуществляться, ис­ходя из условий ее эксплуатационной надежности, высоких техноэкономических показателей и взрывобезопасности. При выбо­ре схемы должны учитываться вид угля (сланца), его рабочая и форсуночная влажность, тип мельниц и потребность в топливе.

В настоящее время в мировой цементной промышленности при печных установках средней и большой мощности (1000— 5000 т/с клинкера) для размола угля, как правило, применяются разомкнутые и полуразомкнутые схемы пылеприготовления (рис. 6.49 и 6.50). При проектировании вращающихся печей неболь­шой мощности (600—700 т/с клинкера) замкнутые схемы (рис. 6.51) могут применяться только при использовании сравнитель­но легкоразмалываемых углей, влажность которых не превышает 10—12%.

При индивидуальных замкнутых схемах углепылеприготовле­ния с шаровыми барабанными мельницами весь вентилирующий агент, содержащий инертные газы (СО2 и НгО) и составляющий по количеству более 40% от расхода воздуха на горение из мельницы через горелку подается дутьевым вентилятором в печь. В связи с этим практически исключается возможность регулиро­вания расхода первичного воздуха, а также положения и формы факела.

Преимуществом этих схем является их относительная взрывобезопасность:

П ри помоле угля в шаровой барабанной мельнице по замк­нутой схеме уголь любой влажности подается непосредственно в помольную установку. При этом, если по расчету температура сушильного агента перед мельницей будет выше допустимой (300—350 °С), то уголь сначала должен подаваться в подсушива­ющее устройство (при влажности угля 25%) или в трубу-су­шилку— аэрофонтанная сушилка (при влажности угля >25%). Последние устанавливаются между бункером сырого угля и мель­ницей. В зависимости от влажности углей температура сушиль­ного агента может приниматься перед подсушивающим устрой­ством до 400—500 °С, а перед аэрофонтанной сушилкой — до 800 °С.

Замкнутые схемы углепылеприготовления разомкнутые после сушки (рис. 6.52) применяются при использовании влажных и высоковлажных углей, а также углей, влажность которых значи­тельно колеблется. Температура газов перед мельницей в зави­симости от начальной влажности угля может приниматься от 150 до 300 "С. В сушильных барабанах подсушка осуществляется до влажности 10—15% в зависимости от степени взрывоопасности угля.

Проектирование установок углепылеприготовления по ра­зомкнутой (после помола) схеме целесообразно при наличии крупных потребителей топлива и использовании высоковлаж­ных, низкокалорийных каменных и бурых углей и сланцев. При этом сброс вентилирующего агента с температурой около 60 °С после мельниц в атмосферу позволяет использовать в качестве первичного воздуха для печей горячий воздух от холодильника с температурой 150—200 °С. Вместе с тем не­зависимая регулируемая подача в печь угольного топлива создает условия для стабилизации процесса его горения и обжига сырьевой шихты.

При проектировании углепылеподготовительного отделения для крупного предприятия с большим количеством потребителей наиболее целесообразно создание помольной установки, оборудо­ванной двумя, тремя крупными мельницами (одна резервная) по типу центрального пылезавода. Такой пылезавод (рис. 6.53) следует располагать в примыкании к складу угля, вблизи основных потребляющих уголь цехов.

П ри использовании взрывоопасных, самовозгорающихся и легкосамовозгорающихся углей наиболее целесообразно в каче­стве сушильного агента (целиком или частично) использовать отходящие газы вращающихся печей. Такое решение обеспечит полную взрывобезопасность работы углеподготовительного отде­ления. В случае примыкания отделения углепылеподготовки к печному цеху, промбункеры пыли могут быть расположены в непосредственной близости от печей и могут проектироваться как расходные. При значительном удалении потребителей от отделения пылеприготовления расходные бункеры с норматив­ными запасами угольного порошка должны устанавливаться не­посредственно у мест потребления.

Схемы пылеприготовления с прямым вдуванием при при­менении среднеходных мельниц (шаровых или роликовых) пол­учили некоторое распространение на зарубежных заводах. Сушка угля влажностью до 16% и бурого угля до 22% осуществляется в них сушильным агентом или воздухом с температурой 100—400 °С. При помоле углей, с высоким со­держанием летучих веществ и высокой взрывоопасностью, в качестве сушильного агента следует вводить отходящие газы от печной установки, в том числе в смеси со сбросным воз­духом из холодильника. По зарубежным данным удельный расход воздуха и расход электроэнергии в установках со среднеходными мельницами снижается по сравнению с шаровыми барабанными мельницами, примерно вдвое.

Выбор типа мельницы (в каждом отдельном случае) решается на основании технико-экономического обоснования в зависимости от вида топлива, коэффициента размолоспособности, выхода ле­тучих и потребной производительности.

Для измельчения трудно размалываемых и абразивных топлив с коэффициентом размолоспособности К_ло = 0,8—1,2 (антрациты, полуантрациты, промпродукты обогащения каменных углей, кизеловские и экибастузские угли, угли и продукты обогащения с со­держанием S| ^6% и т. д.) (см. стр. 314). Наиболее целесообразно применять шаровые барабанные мельницы (ШБМ).

Молотковые мельницы (ММТ и ММА) целесообразно приме­нять для достаточно грубого помола легко размалываемых углей, бурых углей и сланцев с выходом летучих V^r^28%. До насто­ящего времени ММ нашли применение главным образом в энер­гетических установках с прямым вдуванием.

Мельницы-вентиляторы (MB) применяются, в основном, для грубого помола бурых углей и сланцев средней и высокой влажности при сушке газами и воздухом в замкнутых схемах, главным образом, в энергетических установках с прямым вду­ванием.

Среднеходные мельницы шаровые и роликовые рекомендуется применять для тонкого и грубого помола материалов с Кло^1Д средней абразивностью и зольностью А^с ^30%.

Основные типоразмеры шаровых барабанных мельниц, для уг­ля, приведены в таблице 6.11.

Таблица 6.11.

Технические характеристики шаровых барабанных мельниц (ШБМ) для помола угля

Показатели	ШБМ 290/360	ШБМ 250/390	ШБМ 287/410	ШБМ 287/470	ШБМ 340/600	ШБМ 340/690	ШБМ 400/800	ШБМ 400/1000
Производительность, * т/ч	10	10	12	16	25	32	58	70
Число оборотов барабана, мин-1	20,0	20,0	18,7	18,7	17,2	17,2	16,7	17,1
Диаметр барабана, мм	2500	2500	2870	2870	3400	3400	4000	4000
Длина барабана, мм	3600	3900	4100	4700	6000	6500	8000	10000
Масса загружаемых шаров, т	20	25	30	35	64	66	127	138
Мощность главного двигателя, кВт	250	320	400	500	800	1000	2460	2460

* Производительность дана по АШ с К_ло = 0,95 при тонкости помола Roo9 — 6,8% и крупности питания rj — 20%. АШ — антрацитовый штыб; Кло — коэффициент размалываемости; rs — и Roo9 — остаток на сите 5 и 0,09 мм соответственно.

При выборе мельницы ее номинальная производительность должна обеспечивать потребную с запасом в 20%.

При компоновке углеподготовительного отделения должна быть предусмотрена возможность подачи угольного порошка от любого осадительного (разгрузочного) циклона в расходные бун­керы соседних печей, а также в отдельный бункер, из которого порошок может транспортироваться в бункера сушильных уста­новок или котельных.

Для каждой сушильной или помольной установки следует пре­дусматривать отдельную топку.

Во избежание взрывов угля проектом необходимо предусмот­реть мероприятия, обеспечивающие ликвидацию тлеющих очагов самовозгоревшихся углей. Пыль углей, сланцев и др. при хранении и транспортировке склонна к самовозгоранию. Взвешенная в воздухе пыль топлива, за исключением антрацитов и полуантрацитов, воспламенившись, может взорваться. Наиболее взрывоопасной является пыль, со­держащая частицы размером менее 200 мк.

Наличие в системе пылеприготовления инертных газов и водяных паров уменьшает взрывоопасность пылегазовой среды за счет снижения в ней процентного содержания кислорода. Взрывы пыли не возникают при обеспечении объемного содер­жания кислорода в пылесистеме менее 16%, а возникновение очагов горения пыли возможно при содержании в среде кисло­рода более 3%.

Все установки пылеприготовления проектируются в соответ­ствии с нормативными материалами: «Расчет и проектирование пылеприготовительных установок котельных агрегатов». «Прави­ла взрывобезопасности установок для приготовления и сжигания топлива в пылевидном состоянии», «Правила взрывопожаробезопасности топливоподач» и др.

Горячая часть печи с топливоподготовительным отделением, предназначенным для работы по замкнутой индивидуальной схе­ме, показана на рис. 6.54.