1. составом сырья по основным оксидам и модулям;

2. составом и способом возврата пыли электрофильтров в печь;

3. наличием щелочесодержащих примесей;

4. составом газовой среды в печи;

5. режимом обжига и степенью подготовки материала до зоны спекания;

6. процессом горения топлива и формой факела;

7. эффективностью работы холодильника и температурой вторичного воздуха.

8. 13.1.3. Влияние процесса обжига на клинкерное пыление

10. Смещение процессов клинкерообразования к холодному концу при клинкерном пылении подтверждается характером движения материала в печи размером 5x185 м, определенным с помощью радиоактивных изотопов (рис. 13.7).

12. 

14. Из приведенных данных видно, что скорость материала в подготовительных зонах при клинкерном пылении значительно выше, а в зоне спекания существенно ниже, чем при формировании гранулированного клинкера. Так, время пребывания материала от зоны сушки до зоны спекания в первом случае составляет всего ~ 15 минут, а во втором ~ 45 минут. В зоне же спекания, напротив, время пребывания пылевидного клинкера в 3 раза больше, чем гранулированного, и эти значения равны соответственно около 75 и 25 минут.

Обсудить влияние степени подготовки материала до зоны спекания на клинкерное пыление.

Как показано на рис. 13.9, при клинкерном пылении наблюдается высокая скорость продвижения материала в подготовительных зонах, которая практически в 3 раза выше, чем при гранулированном клинкере. Естественно, эго приводит к пониженной степени подготовки материала до зоны спекания. Эта ситуация еще усугубляется смещением зоны спекания на ~ 15% к холодному концу, в результате чего сокращается протяженность подготовительных зон на эту величину. Действительно, из практики эксплуатации вращающихся печей установлено, что типичный вариант перехода печи с гранулированного на пылевидный клинкер заключается в следующем. Если при подходе к зоне спекания завышенного слоя неподготовленного («сырого»*) материала с низкой степенью декарбонизации машинист значительно увеличит подачу топлива, то, как правило, печь переходит на клинкерное пыление без выпуска брака. Если же в подобном случае машинист переведет печь на «тихий ход», т.е. уменьшит скорость ее вращения в 2 раза и, тем самым, обеспечит лучшую подготовку материала до зоны спекания, то в печи сохраняются клинкерные гранулы. Таким образом, помимо длительной выдержки клинкера в высокотемпературной области печи, дополнительной причиной клинкерного пыления является плохая подготовка материала до зоны спекания.

Обсудить оптимизацию сжигания топлива во вращающейся печи.

Рассмотрим влияние отдельных факторов на горение топлива.

Вид, состав и параметры подготовки топлива. Наибольшие скорость и температура горения наблюдаются при сжигании угольного топлива, наименьшие при применении газообразного. Существенное влияние на горение твердого топлива оказывают: содержание летучих V_Л^Ф, зольность A^Ф, влажность W^Ф и тонкость помола по остатку R₀₀₈ на сите №008. С повышением содержания V_Л^Ф происходит более раннее воспламенение топлива, увеличивается длина факела. Ускоренное воспламенение угля можно обеспечить более тонким помолом, поэтому в зависимости от V_Л^Ф рекомендуется придерживаться соотношения R₀₀₈ = 0,5× V_Л^Ф т.е. размалывать угольный порошок до остатка на сите №008, равном 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…120°С.

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

Первичный воздух. Количество первичного воздуха яв­ляется одним из главных факторов, определяющих интенсивность горения топлива. С увеличением доли первичного воздуха V_В^П и скорости вылета угольно воздушной смеси из форсунки W_Ф происходит более дальнее воспламенение топлива, усиливается турбулентность потока и укорачивается факел.

Общий воздух. Избыток воздуха в печи зависит в основном от работы печного дымососа. С повышением разрежения за обрезом печи увеличивается количество и коэффициент избытка воздуха а в печи и уменьшается температура факела t_Ф из-за увеличения объема продуктов горения V_ПГ.

t_А

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

Одновременно снижается теплообмен в печи и возрастает расход топлива (рис. 9.6). 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 t_Ф, 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 резко уменьшится теплота сгорания и температура факела t_Ф, что приведет к перерасходу топлива и выпуску брака. Так при полном сжигании 1 кг углерода выделяется 33,9 МДж тепла и теоретическая температура горения составляет 2200 °С. Если же уменьшить расход воздуха в 2 раза, то количество тепла снизится более чем в 3 раза и температура горения снизится до 1360 °С.

Скорость топлива 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.

Температура вторичного воздуха. Так как скорость горения топлива в печи, в основном, определяется турбулентной диффузией, то с увеличением t^В_В уменьшается плотность и растет вязкость воздуха, что затрудняет смешение его с топливом и удлиняет факел.

Положение форсунки и направление факела. 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.

Совокупное влияние 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.9.7).

Рис. 9.7. Способы регулирования факела: W_Ф - скорость потока в сопле форсунки; V_В - объем воздуха; a - коэффициент избытка воздуха; t_В^В - температура вторичного воздуха; β - угол наклона горелки на материал.

Обсудить способы устранения клинкерного пыления во вращающейся печи.

Для предотвращения клинкерного пыления необходимо устранить следующие причины, вызывающие это нежелательное явление.

1. Повысить содержание А1₂О₃ в обжигаемой смеси до 3,6…3,8% путем применения дополнительного алюминат содер­жащего сырьевого компонента.

2. Исключить или снизить долю крупнокристаллического кварца в сырьевой смеси путем использования соответствующих компонентов.

3. Поддерживать оптимальные модульные характеристики клинкера.

4. Снизить содержание щелочесодержащих соединений и интенсивность их возгонки, что можно осуществить уменьшением степени внутренней и внешней циркуляции легколетучих примесей в печной системе. Первый способ обеспечивается предотвращением восстановительной газовой среды в печи, а второй - частичным или полным исключением возврата пыли в печь.

5. Снизить длительность пребывания клинкера в области высоких температур и обеспечить хорошую подготовку материала до зоны спекания путем рационального сжигания топлива, повышения КПД холодильника и интенсивного теплообмена в подготовительных зонах.

Рис. 13.11. Рациональный факел, предотвращающий клинкерное пыление

6. Осуществить рациональное сжигание топлива (подробности в разделе 9.3.2), чтобы температурный максимум корпуса находился на удалении 12 ± 1 м от горячего обреза печи (рис. 13.11). Это достигается ранним воспламенением топлива (L_o ≈ 1 м) путем пониженных значений W_ф, α, V_B и повышенных – t^В_В и β.

7. Обеспечить теплосодержание вторичного воздуха более 1000 кДж/кг, КПД холодильника - более 80% и минимальные подсосы холодного воздуха в головке печи.

1. Интенсифицировать подготовку материала до зоны спекания путем введения в шлам минерализатора и выгорающей добавки, что способствует формированию гранулированного клинкера (см. далее раздел 15.2.1).

2. Осуществить подбор рациональных теплообменных устройств (подробности в разделе 10).