книги из ГПНТБ / Щукин А.А. Экономия топлива в черной металлургии. Повышение тепловой эффективности огнетехнических агрегатов

режима, если они работают без подогрева воздуха и не имеют замет­ ного противодавления в пространстве сгорания. Как известно, инжекционные горелки очень чувствительны к давлению топочной среды. Поэтому горелки, правильно рассчитанные на работу при разрежении в топке 1,0—2,0 мм вод. ст., будут работать с явным недостатком воздуха даже при незначительном противодалении.

Инжекционные горелки полного предварительного смешения при соответствующей конструкции горелочного туннеля (или дру­ гого стабилизирующего устройства) дают очень короткий прозрач­ ный факел с весьма высоким тепловым напряжением при сгорании.

«а

Среди инжекционных горелок большой производительности сле­ дует остановиться на многосопловых горелках конструкции ЗИЛ и Куйбышевского политехнического института, позволяющих умень­ шить эквивалентный диаметр выходного сечения и значительно сократить длину горелки. Большая длина горелки (2 м и более) является одним из основных недостатков существующих односопловых горелок.

Многосопловая инжекционная горелка конструкции ЗИЛ со стабилизирующим конусом приведена на рис. 67. Конус и общая головка горелки охлаждаются водой, малый эквивалентный диаметр

непрерывный поджог смеси. Стабилизация горения за счет конуса дает возможность работать без проскока и отрыва пламени в пре­

180

составляла 50—55% площади выходного сечения головки. Характе­ ристика горелок конструкции ЗИЛ приведена в табл. 9.

Горелки конструкции Куйбышевского политехнического инсти­ тута (КПтИ) имеют плоский многосопловый инжектор. Разработаны

две серии плоских горелок: первая серия состоит из горелок четырех типоразмеров производительностью от 50 до 350 м3 /ч. Эти горелки выполнены с литыми чугунными корпусами (рис. 68) и работают без искусственного охлаждения головки. Расчетное избыточное давление газа 0,4 кгс/см2 . Вторая серия горелок рассчитана на

181

давление газа 0,65 кгс/см2 , состоит из горелок трех типоразмеров производительностью от 300 до 1000 м3 /ч. Эти горелки выполняются с чугунным литым или со сварным корпусом и литой головкой,

А-А

-0

-©-

ад

охлаждаемой водой. Горелки с литым корпусом имеют массу в 1,5 ра­ за больше массы горелки со сварным корпусом. Однако литые кор­ пуса позволили улучшить конструкцию и аэродинамику горелок, Основные характеристики горелок приведены в табл. 10.

182

Плоские горелки без водоохлаждаемых головок устойчиво рабо­ тают без проскока пламени при снижении нагрузки до 35% от номи­ нальной, а горелки с водоохлаждаемой головкой позволяют сни­ жать нагрузки до 25% от номинальной. Горелки малой произво­ дительности предназначены для сжигания газа в кузнечных и тер­ мических печах при наличии в топке противодавления > 1,5 мм вод. ст., а более мощные горелки (300—1000 м3 /ч) для крупных промышлен­ ных печей, работающих без подогрева воздуха и с противодавле­ нием в топке >1,5 мм вод. ст.

Циклонные и вихревые горелки

В тех случаях, когда в рабочем пространстве нет условий для правильного сжигания природного и других горючих газов, например в шахтных печах (рабочая камера заполнена медленно опускающейся

кусковой шихтой), при необходимости сжигания газа в качестве основного или дополнительного топлива устанавливают циклонные горелки с форкамерой (рис. 69). Отличительной особенностью этих горелок является закручивание воздушного потока посредством завихривающей вставки и подачи газа на входе в камеру сгорания. В камере развиваются очень высокие температуры (особенно при подаче горячего воздуха) и поэтому стальная камера изнутри покры­ вается слоем высокоогнеупорной обмазки, укрепленной на шипах из жаростойкого металла. Слой обмазки не должен быть большим. Камера имеет водяную рубашку, но кроме водяного, может быть и

183

испарительное охлаждение. Расчет такой горелки приведен в ра­ боте [2]. Более простой конструкцией газовой горелки того же на­ значения при использовании высокотемпературного дутья явля­ ется циклонная камера, аналогичная по устройству мазутной цик­ лонной камере, изображенной на рис. 78.

для турбулизации смеси. Воздушный поток сильно закручивается лопаточным аппаратом, а также грибком-завихрителем с косыми прорезями. Другой вариант вихревой горелки показан на рис. 70, б. Подача газа здесь осуществляется через ряд сопел. Грибок-завих­ ритель играет большую роль в создании разрежения в центре закру­ ченного потока, вызывающего рециркуляцию раскаленных топочных газов, обеспечивающего их рециркуляцию.

Неполное сгорание газа. Реформаторы природного газа

Во всех случаях следует стремиться к полному сгоранию газа. Неполное сгорание допустимо только в промежуточных процессах или со специальными целями: а) для реформации (самокарбюрации) природного газа путем термического разложения углеводородов с выделением сажистого (дисперсного) углерода и последующего сжигания в светящемся факеле — для мартеновских и других плавильных печей; б) для получения защитной атмосферы в печах для открытого безокислительного нагрева металла с последующим дожиганием газов в особых камерах дожигания.

В этих двух случаях имеют дело с двухступенчатым сжиганием природного газа. Ниже в гл.УП дана методика расчета неполного

184

сгорания газа при а << 1 для случаев: а) реформации газа с выде­ лением сажистого углерода; б) реформации газа без сажистого углерода.

В качестве примера практического применения самокарбюрации природного газа приводится метод, предложенный в работе [30].

Самокарбюрация природного газа в прямоточном регенераторном реформаторе

Самокарбюрация природного газа осуществляется за счет термического разложения с выделением сажистого (дисперсного) углерода:

типа. Исследования, приведенные авторами работы [30] на марте­ новской печи, показали, что основное количество тепла от факела поглощается энергично кипящей ванной под организованной светя­ щейся частью факела. Организованная видимая часть факела закан­ чивается примерно на середине печи у третьего завалочного окна. Между тем общая длина намного превышает организованную све­

Самокарбюрация природного газа предлагается в прямоточном регенеративном реформаторе с самостоятельным отоплением в период нагрева насадки печи. При таком способе отопления исключается возможность ошлакования и оплавления решетки. Температуру динасовой решетки можно повысить до 1500—1600 °С и выполнить решетку с каналами малого диаметра (d3KB = 40-ь50 мм) и большой удельной поверхностью нагрева /. Хорошая светимость факела полу­ чается при разложении одной трети газа.

Результаты расчета необходимой поверхности нагрева прямоточ­ ного реформатора для печей с различной тепловой мощностью, проведенного на одну треть реформируемого газа, следующие:

На рис. 71, б приведен пример реконструкции 500-т печи при переводе с отопления смешанным газом на обогрев природным

185

газом. Отопление печи осуществляется по следующей схеме: при подаче топлива через головку одна треть природного газа подается через прямоточный регенератор, где происходит разложение метана. Реформированный газ поступает в кессон, где смешивается в про­ цессе инжекции с холодным газом, после чего смесь выбрасывается

с большой скоростью в рабочее пространство печи. После реверси­ рования факела отопление газового регенератора осуществляется тем же природным газом с дополнительной подачей воздуха высо­ кого давления через нижнюю горелку. Продукты сгорания из прямо­ точного регенератора поступают в рабочее пространство печи в виде струи с большой скоростью и отводятся через воздушные вертикаль­

186

собствовать энергичному перемешиванию в хвосте факела и более полному сжиганию топлива в рабочем пространстве. Расход газа на отопление прямоточного регенератора определяется по тепловому балансу и составляет около 40—50% от подачи газа на реформацию. При реформировании одной трети природного газа расход газа на

газом; остальное тепло используется в воздушном регенераторе.

отверстия для отвода продуктов сгорания при отоплении реформатора определяется давлением воздуха в реформаторе: чем выше давление этого воздуха, тем меньше диаметр отверстия горелки, тем больше скорость основного факела.

Реформаторы природного газа без сажеобразования

Реформация природного газа без образования дисперсного углерода путем сжигания с коэффициентами расхода воздуха а = = 0,4ч-0,6 требуется для получения защитных атмосфер для печей без окислительного нагрева стали. В этом случае используются циклонные камеры, в которых имеет место хорошее смесеобразование, обусловленное аэродинамическими особенностями циклонного про­ цесса.

В качестве топок для реформации природного газа получают распространение топки с «кипящим» слоем промежуточного инерт­ ного теплоносителя (шамотная, корундовая, карборундовая крупа). В таких топках благодаря особенностям «кипящего» слоя процесс реформации идет особо устойчиво с широким изменением коэффи­ циента расхода воздуха а = 0,1ч-0,5 [37].

Особенности сжигания мазута

Мазут представляет собой остаток переработки нефти (перегонки и крекинга), назначением которой является выделение из нефти светлых продуктов (бензина, лигроина, газолина, керосина и масел). По мере развития нефтеперерабатывающей промышленности глубина отбора светлых продуктов и соответственно вязкость мазута увели­ чивается. Мазуты делятся по маркам в зависимости от вязкости, определяемой при помощи вискозиметров. Имеются марки: М40, М100, М200 и для мартеновских печей МП. Цифры указывают наиболь­ шее значение вязкости в градусах условной вязкости (ВУ) при температуре 50° С, например, мазут М40 означает, что вязкость мазута не превышает 40° ВУ при температуре 50° С. Величина вязкости топлива имеет большое значение в эксплуатации при сливе мазута, при перекачке его по трубам, при подаче к форсункам, так как текучесть мазута, обратно пропорциональна вязкости. На рис. 72 даны значения условной вязкости для мазутов разных марок в зависимости от температуры; чем выше температура, тем меньше вязкость.

187

Второй важной характеристикой мазута является температура застывания, при которой мазут загустевает и теряет свою подвиж­ ность. Температура застывания мазута колеблется от 50 до 36 °С (первая температура относится к мазуту М40, а вторая — к мазуту М200). Увеличение температуры застывания мазута и его вязкости

иногда вызываются содержанием парафина. Другими характерис­ тиками являются: плотность, поверхностное натяжение, температура вспышки и воспламенения. Зольность мазутов изменяется от 0,06 до 0,40%, кроме того, в мазуте содержится ванадий — до 0,20% и натрий, вызывающие высокотемпературную коррозию стальных поверхностей нагрева (выше 600 °С).

Температура вспышки паров мазута при его нагревании составля­ ет от 80 до 140 °С (увеличиваясь по мере увеличения вязкости) и характеризует мазут с точки зрения пожарной безопасности. Темпе­ ратуру вспышки паров мазута не следует путать с температурой воспламенения, которая для мазута составляет 500—600 °С. Подроб-

188

ные характеристики приведены в работах [33, 34, 43] и здесь не

высокосернистые мазуты получаются в основном при переработке нефтей восточных и северных месторождений. Доля сернистых и высокосернистых нефтей составляет примерно 2 / 3 всей добычи и имеет тенденцию к увеличению. Высокое содержание серы затрудняет и даже исключает возможность применения высокосернистых мазу­

В некоторых металлургических процессах применение сернистых мазутов допускается, например, при плавке в отражательных печах сульфидных медных руд на штейн.

Мазут — весьма эффективное топливо и при условии рациональ­ ного сжигания производительность агрегатов может быть достигнута очень высокой за счет легкого развития высоких температур в зоне горения и высокой лучеиспускательной способности факела. Степень черноты факела е ф может быть очень высокой за счет термического разложения высокомолекулярных жидких углеводородов, тонко распыленных форсунками с выделением дисперсного углерода, придающему факелу светимость:

Согласно методике ЦКТИ, степени черноты можно определить по

Мазут может полностью сжигать при помощи рациональных кон­ струкций форсунок и получить короткий факел без сажеобразования. Когда необходимо, можно иметь вытянутый светящийся факел (например, над ванной плавильной печи). Мазут можно газифици­ ровать в особых газогенераторах или в полугазовых топках, приме­ няя двухступенчатое сжигание. Полугазовые топки часто называют предтопками, газификаторами или комбусторами. Последние под­ робно рассмотрены в работе [39].

Сажеобразование при горении мазута

Преимущества жидких топлив по сравнению с газообразными заключаются в основном в наличии более высокого отношения С р /Н р и в возможном повышении связанной с ним концентрации дисперсного

189