книги из ГПНТБ / Гилод В.Я. Сжигание мазута в металлургических печах

Благодаря такой организации движения потоков до­ стигается образование за стабилизатором пламени зоны пониженного давления, обусловливающей интенсивную рециркуляцию высокотемпературных газов. Рециркуля­ ция газов, очень тонкое распыливание топлива, интенсив­ ное его перемешивание с окислителем существенно уско­ ряют течение процессов испарения, газификации и реак-

г

камеры за стабилизатором пламени. Даже при сжигании тяжелого топлива, особенно в случае применения чисто­ го кислорода или обогащенного кислородом воздуха, об­ разуется пламя, аналогичное по своим характеристикам газовому, с относительно малым коэффициентом излуче­ ния в видимой области.

Первоначальная высокая кинетическая энергия топ­ ливо-воздушного потока расходуется на организацию ре­ циркуляционного движения, поэтому импульс потока на выходе из форсунок невысок.

В камере горения, наряду с внутренней зоной рецир­ куляции, возникает также зона внешнего вихреобразования. 'В зависимости от расположения головки в корпусе камеры изменяется влияние этих двух зон на форму фа­ кела. Поэтому можно получить либо длинный узкий (го­ ловка вдвинута в глубь корпуса), либо короткий широ­ кий факел. Перемещение головки и, следовательно, регу-

Мазуто-воздушная форсунка (рис. 34) может быть выполнена без водяного охлаждения. Вследствие пони­ женной скорости реакции горения (по сравнению с рабо­ той на кислороде) допустимы более низкие скорости воз­ духа в кольцевом канале 'без опасения проскока пламе­ ни. Давление распылителя перед кольцевым .каналом мо­ жет быть поэтому снижено до 0,11 Мя/м2 (1,15 ат) при атмосферном давлении в топке. Часть воздуха может быть подведена к первичной топливо-воздушной смеси помимо кольцевого канала. В этом случае количество первичного воздуха, подаваемого для распыливания ма­ зута через кольцевой канал, может быть снижено до 25—30%' от стехиометрического. Давление вторичного воздуха существенно ниже: 0,49—0,98 кн/м2 (50— 1О0 мм вод. ст.).

Мазуто-кислородная форсунка может быть использо­ вана в промышленных высокотемпературных процессах. Компактный факел в сочетании с очень высокой местной концентрацией тепла позволяет ускорить расплавление шихты в металлургических (сталеплавильных) процес­ сах. Так как в случае применения такой форсунки пере­ дача тепла и при очень высоких температурах осущест­ вляется в основном конвекцией, то для равномерного распределения тепла целесообразно при больших разме­ рах печей применять несколько форсунок. Отсутствие видимого излучения существенно облегчает условия ра­ боты свода печи.

Благодаря компактному и однородному факелу горелочные устройства с механическим стабилизатором пламени могут быть применены в топках малых разме­ ров (с высокими тепловыми напряжениями), в установ­ ках для огневой зачистки металла и в промышленных печах всех видов как с окислительной, так и с нейтраль­ ной и восстановительной атмосферами. В комбинации

мазут — воздух — пар перспективы применения форсун­ ки наиболее благоприятны в тех случаях, когда должно быть достигнуто сжигание топлива в смеси, возможно более близкой к стехиометрической, без появления сажи­

стендовые испытания на открытом воздухе и в водоохлаждаемой камере горения [109]. Производительность изменяли в пределах 8—50 кг/ч. Стабильное горение на­ блюдалось при изменении коэффициента расхода возду­ ха от 0,72 до 1,33.

На мартеновской печи одного из металлургических заводов Великобритании было испытано горелочное уст­ ройство, работающее на кислороде, с номинальной про­ изводительностью 450 кг/ч. Фурму устанавливали на сво­ де печи. Устойчивая работа достигалась в широком диа­ пазоне расходов топлива (140—730 кг/ч). При макси­ мальной производительности диаметр факела составлял 30,5 см, а его длина — 1,2 м. Успешно прошли испытания горелочного устройства и на плавильной электропечи ем­ костью 80 т и диаметром пода 4,5 м. Факел направляли в печь через шлаковое отверстие сечением 0,37 м2.

В отдельных случаях находят применение горелочные устройства специальной конструкции со сквозным цент­ ральным отверстием в стабилизаторе пламени. Такие устройства могут быть использованы в сталеплавильных процессах либо по своему прямому назначению, либо как кислородные фурмы (например, в период рафинирова­ ния плавки). В последнем случае по центральному кана­ лу поступает кислород. В ФОС-процессе (см. гл. V) через центральный канал можно подавать кислород совместно со шлакообразующими добавками в порошкообразном виде.

Кинематическая вязкость топлива у форсунок не должна превышать 20 ест (3°ВУ). Тяжелое топливо не­ обходимо подогревать до соответствующей температуры. При отключении форсунки топливо должно быть вытес­ нено из подводящих магистралей с помощью водяного пара или сжатого воздуха, чтобы предотвратить закоксовывание небольших проходных сечений вследствие об­ ратного излучения внутренней кладки печи. Особенно опасно в этом смысле забивание щелевых отверстий в стабилизаторе пламени, через которые топливо выходит

ИЗ

в кольцевой канал, образуемый диффузором корпуса го­ релочного устройства и стабилизатором пламени. Шири­ на щели очень мала: в форсунке производительностью 500 кг/ч она не более 0,5 мм. В случае нарушения в снабжении охлаждающей водой или превышения допу­ стимой температуры в обратной линии водяного охлаж­ дения подача топлива и кислорода должна быть немед­ ленно прекращена. Все описанные операции осуществля­ ются системой программного управления работой 'форсу­ нок, предусматривающей ряд аварийных блокировок.

Изготовляется целый ряд горелочных устройств раз­ личных типоразмеров, рассчитанных на производитель­ ность от 10 до 4000 кг/ч [108, ПО].

Горелочные устройства с организованной

\рециркуляцией продуктов сгорания

Применение в горелочных устройствах организован­ ной рециркуляции высокотемпературных газов становит­ ся одним из самых плодотворных направлений в разви­ тии техники сжигания жидкого топлива. Наибольшее распространение получила схемаорганизации возврата газов с использованием инжектирующего действия топ­

каналами для рециркуляции продуктов сгорания, инжек­ тируемых струей воздуха, вводимого во внутреннюю по­ лость вставки через конфузор, вдоль оси которого рас­ полагается механическая форсунка с обратным сливом [111]. По данным фирмы, в горелочных устройствах можно сжигать лишь легкое жидкое топливо [112], не дающее при горении коксового остатка (по стандарту США — до топлива № 2). Фирма выпускает шесть серий

Разновидностью горелочных устройств с организо­ ванной рециркуляцией является конструкция (рис. 36), отличающаяся от описанной выше тем, что ввод рециркулирующих газов предшествует подаче в факел возду-

ха. Цель такой схемы . очевидна — создается возмож­ ность эффективного охлаждения материала рециркуля­ ционного блока и замены недостаточно надежной кера­ мической вставки аналогичной деталью из металла. По сути дела, здесь имеет место, наряду с рециркуляцией

газов, двух стадийное сжигание топлива: вначале в каче­

к факелу подмешивается основная масса воздуха. Одна­ ко такая схема эффективна лишь тогда, когда в начале факела удается избежать термического крекинга капель распыленного топлива при .высокой температуре и в ус­ ловиях недостатка окислителя. В противном случае ин­ тенсивное сажевыделение в зоне, предшествующей вво­ ду воздуха, сведет на нет теплотехнические достоинства принятой схемы процесса.

Горелочные устройства фирмы Caloric (ФРГ) пред­ назначены для сжигания легкого жидкого топлива (вяз­ кость не выше 9,5 ест или 1,8° ВУ при 20°С, коксуемость по Конрадсону не более 0,1%)- Распыливание топлива осуществляется механической форсункой с обратным сливом. Обратный лоток топлива охлаждает к тому же

Вообще же область устойчивой работы горелочного уст­

ностью около 40 кг/ч имеет наружный диаметр 400 мм и длину 6'50 мм.

Диапазон изменения коэффициента расхода воздуха довольно широк: от 1,8 до 0,6—0,7 [116]. При а—0,75 содержание сажистых частиц в отходящих газах не пре­

раз. Средние скорости газов в выходном сечении при но­ минальной нагрузке и стехиометрических условиях сжи­

лочные устройства фирмы Caloric могут быть также ис­ пользованы в печах с восстановительными атмосферами,

в .качестве генераторов защитного газа (см. гл. V), для местного и скоростного нагрева, в радиационных тру­ бах и для погружного горения. В последних двух слу­ чаях их выполняют без керамических деталей: стенки камеры охлаждаются воздухом, поступающим затем на горение.

Несмотря на высокие теплотехнические качества опи­ санных топливосжигающих устройств, их основной недо­ статок очевиден — они не приспособлены к сжиганию тя­ желых топочных мазутов, являющихся преобладающим жидким топливом в промышленности СССР. Так, при сжигании тяжелого топлива в горелочных устройствах системы Caloric факел теряет голубой оттенок, его дли­ на увеличивается более чем в 1,5 раза, а содержание са­ жистых частиц в восстановительной атмосфере резко воз­ растает.

Первые попытки реализации принципа организован­ ной рециркуляции газов при сжигании тяжелых жидких топлив сделаны в СССР. Исследования Уральского по­

в центральном канале рециркуляционной вставки и в ка­ мере горения.

Ликвидировать закокеовывание сечений керамиче­ ского туннеля удалось путем интенсификации смешения топлива с воздухом. В горелочном устройстве, исследо­ ванном в лаборатории пламенных печей института «Теплопроект» [118], эта цель была достигнута с помощью предварительной закрутки воздуха.

Общий вид экспериментального образца с пневмати­ ческой форсункой высокого давления показан на рис. 37. Компрессорный и вентиляторный воздух подвергался предварительной закрутке в противоположных направ­ лениях. Расчетная номинальная производительность форсунки на мазуте 40 кг/ч.

Предварительные эксперименты показали, что побу­ дителем рециркуляции высокотемпературных газов яв­ ляется вентиляторный воздух. Компрессорный воздух, подаваемый в количестве, необходимом и достаточном для хорошего распыливания топлива (1 кг на 1 кг мазу-

та), на интенсивность рециркуляции практически не вли­ яет. Огневые испытания горелочного устройства прове­ дены на топочном мазуте марки 100 с коксуемостью 13,2—14,9%. Перед сжиганием мазут подогревали до 90—105°С. Удельный расход компрессорного воздуха —

Рис. 37. Экспериментальный образец горелочного устройства с орга­

~ 1,05 £=1350—а.375°С (рис. 38). Концентрация сажи­ стых частиц в выходном сечении туннеля при а=1,0 не превышала 0,8 г на 1 мъ газов при нормальных условиях, что соответствует примерно 0,8%' по массе от количества