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

Величина этого сопротивления имеет значение 500—600 кгс/м2 . Циклонная камера по существу может представлять собой полу­ газовую топку для мазута, в ней протекает газификационные про­ цессы и поэтому для дожигания газов по выходе из камеры исполь­ зуется рабочая камера печи или топочный объем. Глубина газификационных процессов зависит от подачи воздуха и температуры его подогрева. При подаче в циклон не всего воздуха, нужного для горе­ ния, а только части, соответствующей коэффициенту расхода воз­ духа а = 0,Зч-0,5, температура газа на выходе будет порядка 800-^1250 °С и теплота сгорания 1000—1600 ккал/м3 с содержанием сажистого углерода Зн-6 г/м3 . В этих условиях циклон футеруют

изнутри огнеупорным кирпичом.

При подаче всего воздуха, т. е. при коэффициенте избытка воз­ духа а — 1,02ч-1,03 и при использовании горячего воздуха в камере развиваются очень высокие температуры и огнеупорная футеровка оплавляется и выходит из строя. Поэтому предусматривают водяное или испарительное охлаждение корпуса циклонной камеры, а внут­

циально расположенными соплами. Цилиндрический корпус циклонной камеры, выполненный из листовой стали, образует двухстенную обечайку, внутри которой расположена водяная рубашка, через которую проходит охлаждающая вода.

Длина камеры и диаметр ее в свету принимаем равными 725 мм. При сжигании мазута основное количество воздуха (70—80%) подается через два тангенциально расположенных сопла, величина открытия которых регулируется с помощью шибе­ ров. В центре переднего днища устанавливают улитку для подачи остального коли­ чества воздуха (20—30%). В задней стенке камеры расположена диафрагма с отвер­

Эмульсионные горелки

Такие горелки работают надежно только в том случае, если капли воды, эмульгированные в жидком топливе, имеют размеры меньшие, чем минимальные распыленные капли топлива.

Принцип эмульсионных горелок известен давно, но в настоящее время в ФРГ такие горелки выпускаются серийно с производитель­ ностью от 50 кг/ч. Если капли воды, взвешенные в мазуте, имеют температуру, превышающую температуру кипения, происходит вто­ ричное распыливание (капли мазута взрываются при сбросе дав­ ления). Далее образующийся при термической диссоциации воды атомарный кислород реагирует с углеродом топлива и окисляет последний в СО или СО а . За счет улучшения сгорания возможно

202

203

204

осуществление бессажевого сжигания при малом коэффициенте избытка воздуха. Как следствие, образуется меньшее количество S03 и уменьшается опасность появления низкотемпературной кор­ розии.

На рис. 79 показаны схемы эмульсионного сжигания мазута.

Ультразвуковые форсунки

Ультразвуковые форсунки приспособлены для сжигания выпа­ дающих в виде шлама твердых частиц, взвешенных в мазуте. Подго­

качества распыливания. Отношение расхода пара или сжатого воздуха к распыливаемому топливу составляет 1:15. При ультразвуковом распылителе поле колебаний осуществляется за счет того, что рас­ пиливающая среда (газ, сжатый воздух или пар) вытекает из цент­ рального отверстия в резонансную камеру, где она затормаживается

205

и осуществляет обратное давление на поступающее топливо. Возни­ кают колебания газа, которые передаются поступающему топливу. В результате имеет место очень тонкое распыливание (размер капель менее 2 мкм) и бессажевое сжигание при больших пределах регули­ рования 1:10. При применении пара в качестве распыливающего агента следует начинать работу, пользуясь сжатым воздухом. В США многие малые и средниеп ромышленные потребители тепла работают, используя этот принцип распыливания; он обладает еще и тем пре­ имуществом, что не зависит от вязкости применяемого топлива. Озвучивание факела улучшает окисление углеводородов топлива — пламя становится короче, а сгорание интенсифицируется. Озву­ чивание может осуществляться и автономным генератором ультра­ звуковой частоты.

Улучшение сжигания сернистых мазутов устройством рециркуляции

Рециркуляция продуктов сгорания в топочной камере и соз­ дание закрученных вихревых потоков являются наиболее действи­ тельными методами совершенствования процесса сгорания.

Рециркуляция обеспечивает более длительное пребывание про­ дуктов сгорания в топочной камере, увеличивает объем реагирующих газов без увеличения расхода топлива и воздуха, улучшает смесе­ образование и завихрение газовых потоков.

На рис. 81 показаны различные механические и аэродинамические методы осуществления рециркуляции в топочной камере.

сгорания. Путем принудительной рециркуляции это отношение может быть увеличено до 60%. При более высоких отношениях рециркуляция вызывает чрезмерное разбавление продуктов сго­ рания. Идеальным решением явилась бы рециркуляция с помощью жаростойкого вентилятора, так как в этом случае доля рецирку-

206

лирующих продуктов сгорания могла бы точно регулироваться в зависимости от нагрузки. Над этим методом работают ряд исследо­

скоростью. Таким образом процессы в печи могут быть управляемыми.

Газификация мазута

В зависимости от скорости протекания реакций окисления и крекинга, получается или пламя, свободное от частиц дисперсного углерода, которое горит голубым огнем, или светящееся пламя

сразличной концентрацией свободного от частиц углерода в факеле. В последнем случае имеется Опасность выноса углерода из установки

внесожженом виде и удаления его с дымовыми газами. Эти частицы независимо от сорта топлива имеют довольно равномерную величину

207

порядка нескольких ангстрем. Только вне факела частицы диспер­ сного углерода объединяются в частицы сажи. Образование сажи вне факела в любом случае нежелательно.

Наличие свободного углерода в факеле желательно в процессах нагрева, при которых передача тепла происходит в основном за счет излучения. При получении полугаза из мазута дисперсный углерод в высшей степени нежелателен. Это требование осложняется, так как при получении нефтяного газа жидкое топливо сжигается только частично, при этом из-за недостатка воздуха легко может происхо­ дить выпадение частиц углерода. При газификации мазут путем расщепления тяжелых, жидких углеводородов должен быть прев­ ращен в газ и поэтому реакция расщепления должна идти таким образом, чтобы дисперсный углерод не выпадал.

Процесс расщепления и его протекание во времени зависят от: а) соотношения С/Н в исходном продукте; б) характеристики соединений С—Н; в) температуры расщепления; г) парциальных давлений (соотношений: воздух—топливо, пар—топливо); д) вре­ мени нахождения (использование объема, где протекает реакция) при определенном парциальном давлении в области температур расщепления. Изменения этих факторов влияют на состав мазутного газа.

Расщепление протекает в процессе равновесия и поэтому под­ чиняется закону действующих масс. Константа реакции расщепле­ ния k зависит от температуры

Между температурами 500—600 °С скорость реакции удваивается при повышении температуры на каждые 15 град. Влияние более высоких температур расщепления замещается более длительным временем пребывания или повышенным давлением в установке при темпера­ турах реакции. С повышением времени пребывания снижается необходимое для расщепления количество тепла.

Высокомолекулярные углеводороды распадаются при меньшей затрате тепла, чем низкомолекулярные; при этом ароматические вещества имеют наименьшую склонность к расщеплению. Моле­ кулярные изменения при расщеплении не ограничиваются только процессами деления, так как имеет место также перестройка струк­ туры (изомеризация, дегидратация, циклизация, полимеризация и др.).

Промышленная переработка жидкого топлива без доступа кисло­ рода при температурах 900—950 °С называется пиролизом в отличие от газификации, идущей с подачей окислителя (кислорода, водяного пара или воды). Пиролизный газ имеет более высокую теплоту сгорания (10—14) • 103 ккал/м3 , чем генераторный (1,1—=—3,7) -

• 103 ккал/м3 . Кроме того, в пиролизном газе выше содержание серово-

208

дорода H2 S, что способствует обессериванию мазута. Однако пиро­ лиз сложнее, так как побочные твердые и жидкие продукты не так просто использовать в то время, как газификация идет без остатка.

Централизованная газификация высокосернистого мазута

Изменение структуры топливного баланса страны в сторону увеличения добычи нефти ведет к постоянному увеличению произ­ водства топочного мазута, значительная часть которого является сернистым или высокосернистым. Непосредственное сжигание сер­ нистого мазута в промышленных печах приводит к снижению каче­ ства продукции, интенсивному отложению загрязнений на поверх­ ностях нагрева воздухоподогревателей, коррозии и снижению срока службы металлических конструкций, вентиляторов, кладки газоходов

санитарное состояние воздушного бассейна в районе промышленного предприятия или городских ТЭЦ. Десульфурация высокосернистых мазутов возможно осуществить на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) с доведением содержания серы до 0,5—1%, но это требует реконструкции этих заводов и усложнения процессов переработки нефти, что связано с большими капитальными затратами. Стоимость мазута при этом увеличивается на 20—30%. Другим методом пре­ одоления трудностей, возникающих при невозможности непосред­ ственного сжигания сернистых мазутов, является их централизо­ ванная безостаточная газификация с последующей высокотемпе­ ратурной очисткой продуктов от сернистых соединений, сажи и ва­ надия на предприятиях, потребляющих высокосернистый мазут. Газификация осуществляется по методу Института горючих иско­ паемых (ИГИ), а также института ВНИИНП. Теоретическое и экспериментальное исследование метода ИГИ, а также конструк­ тивное оформление аппаратов изложены в работах [45—48].

На рис. 84 приведена схема подобной установки с высокотем­ пературной очисткой продуктов газификации при небольшом избы­ точном давлении. Для компенсации потерь давления по газовоздуш­ ному тракту предусматривается установка подкачивающего (бус- терного) компрессора с электроприводом. Компрессор подает в газогенератор горячий воздух, который направляется в топку (печи для сжигания очищенного горячего газа). В газогенераторе (Г.Г) осуществляется факельный процесс газификации водо-мазутных эмульсий на воздушном дутье, применение которых обеспечивает необходимое распыление мазута и способствует уменьшению обра­ зования сажи. Продукты газификации после газогенератора при температуре 1100—1200 °С очищаются в высокотемпературном сажеочистителе от сажи и окислов ванадия, проходя через слой зернис­ того огнеупорного материала (хромомагнезитовая крошка, кварцевый песок). Выгруженный из сажеочистителя зернистый материал отмы­ вается от сажи водой, после чего возвращается в него через шлюзовой

затвор. В сероочистном аппарате газ проходит через слой частиц окиси кальция, где в результате реакции

Мазут

Воздух

Вода

твердых частиц в пылеуловителе очищенный горячий газ поступает к горелкам крупных печей или парогенераторов ТЭЦ для сжигания.

Ниже приведены показатели процессов газификации, очистки

и дополнительные потери топлива, вызванные наличием этих про цессов:

»тепла на испарение влаги эмульсии, % от QP мазута, % 1,02

210