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

вкомплектации газовых хроматографов 'Специальной

приставкой, где методами препаративной хроматогра­ фии из продуктов сгорания, вводимых в прибор, выделя­

Зная состав продуктов сгорания, можно, пользуясь методикой М. Б . Равича, определить потери тепла от хи­ мической неполноты сгорания тяжелого жидкого топли­

ва <7з'(%) по формуле [315]

в которую количества газов подставляются в объемных процентах. При совместном сжигании мазута и природ­ ного газа, обобщенные характеристики которых близки, можно воспользоваться той же формулой, совершая при этом ошибку не более 1 % [316] .

Действительный коэффициент расхода воздуха мо­ жет быть определен по одной из приведенных ниже фор­ мул, обеспечивающих, как показали Л. М. Цирульников и В. В. Карпов [317], наиболее высокую точность при сжигании мазута в условиях, близких к стехиометрическим (а =1,00 + 1,05):

или

кислорода, теоретически необходимого для полного сго­ рания, к объему двуокиси углерода, образующейся при горении а стехиометрических условиях; для высокосернистого мазута п=А,А. Здесь, как и ранее, концентрации газов выражены в объемных процентах.

вительвого элемента ори поглощении света лампы опти­ чески непрозрачными сажистыми частицами, содержа­ щимися в продуктах сгорания. Применительно к печам безокислительного нагрева металла в институте «Теплопроект» исследовано аналогичное устройство, предназ­ наченное для работы в системе автоматического регу­ лирования в качестве .сигнализатора предельного (ми­ нимального) значения коэффициента расхода воздуха, переход через которое сопровождается резкой интенси­ фикацией сажевыделения и поэтому нецелесообразен. Опытная эксплуатация прибора при сжигании газооб­ разного топлива дала хорошие результаты: показания были достаточно стабильны, инерционность мала (время запаздывания не более 5 сек) [325].

Однако при всех достоинствах фотоколориметрических методов нельзя не учитывать, что в случае сжигания тя­ желого жидкого топлива, когда в продуктах сгорания содержатся сажистые частицы резко различной грануло­

циклу, так как при однократном -пропуске воздуха че­ рез печь около 30% углерода окисляется лишь до СО, а

подключаются поглотительные сосуды, заполненные тит­ рованным децинормальным раствором В а ( О Н )2 и пере­ кисью водорода. Прокаливание фильтра производится при температуре 600—700° С в течение 30 мин. Затем пу­ тем обратного титрования отработанного раствора едко­ го бария непосредственно в змеевиках поглотителя де­ цинормальным раствором соляной кислоты определяется количество углерода в пробе. Все операции с раствором Ва(ОН)г (дозировка, титрование отработанного раство­ ра), вследствие его высокой поглотительной способности по отношению к СОг, необходимо осуществлять в атмо­ сфере очищенного от углекислого газа воздуха, для чего поглотители, минуя дожигателвную печь, подключают к очистительному устройству, поддерживающему в них нейтральную газовую среду.

Замена в методе ОРГРЭС взвешивания пробы титро­ ванием значительно повышает точность измерений. Воз­ можность отбора пробы малых размеров позволяет ог­ раничить длительность отсоса продуктов сгорания через фильтр пятнадцатью минутами. Однако сам процесс ана­ лиза пробы очень продолжителен (1 —1,6 ч), сложен и требует высокой тщательности.

В лаборатории исследования пламенных печей инсти­ тута «Теплопроект» разработан газоволюмометрический экспресс-метод определения микроконцентраций сажис­ того углерода в продуктахсгорания [328], основанный на сжигании пробы сажи непосредственно на фильтре и по­ следующем измерении объема газообразных продуктов сгорания углерода путем поглощения их химическими реактивами. Пробоотборник представляет собой кварце­ вую трубку небольшого диаметра с гнездом для фильт­ ра. Участок пробоотборника, где расположен фильтр, по­ мещается в водоохлаждаемый кожух с тем, чтобы пре-

дотвратить горение сажи на фильтре в процессе отбора пробы. Фильтр выполнен из высокотемпературной као­ линовой ваты со 'Следующими свойствами: допустимая температура длительного применения — до WOO, кратко­ временного (в течение нескольких часов) — 1260°С; диаметр волокон — 2 мкм (329]. Вата из каолинового •волокна обладают высокой химической инертностью по отношению к воде, водяному пару, щелочам и кислотам (за исключением плавиковой), ничтожно .малой гигро­ скопичностью и хорошими фильтрующими качествами.

вместе с фильтром помещаются в лабораторную элект­ ропечь, нагретую до температуры около 1000°С, Нако­ нечник пробоотборника с помощью шланга, снабженно­ го .игольчатым клапаном, соединяется с источником кис­ лорода (баллон или любая другая емкость). Пробу' сажи, рекомендуется сжигать в условиях некоторого избыточ-.

ното давления кислорода. Количество углекислого газа, образующегося в результате полного сгорания элемен­

зультат к измеренному при отборе количеству прошед­ шего через фильтр газа, получим концентрацию сажис­ того углерода в продуктах сгорания.

Лабораторное опробование газоволюмометрического метода показало, что в случае сжигания пробы в атмос­ фере кислорода при температуре 1000—:1;Ш0°С окись уг­ лерода їв продуктах сгорания пробы отсутствует. Следо­ вательно, в этих условиях устраняется опасность внесе­ ния в результат анализа ошибки вследствие неполного сгорания углерода.

Если количество сажи, осевшей на фильтре, настоль­ ко велико, что возможно превышение максимального значения шкалы прибора ГОУ-1 (15 мг углерода), то сжигание пробы осуществляется по частям путем осто­ рожной подачи в пробоотборник небольших доз окисли­ теля и поглощения каждой порции С 0 2 по отдельности. Эта операция'проводится до тех пор, пока очередное поглощение не обнаружит отсутствия углекислого газа. Результаты ряда последовательных анализов затем сум­ мируются.

Вместо аппарата ГОУ-1 может быть использован хи­

на весовое количество производится исходя из следующе­

мерительной бюретке газоанализатора 'ГХіП-Зм, следует

В связи с высокой точностью газоволюмометрическо­ го метода, позволяющей ограничиться отбором пробы массой в несколько миллиграммов, и простотой произ-

водсіва анализа весь процесе отбора и обработки про­ должается не более 10—115 мин. Возможность много­ кратного использования одного и того же фильтра об­ легчает и ускоряет этап подготовки аппаратуры к отбо­ ру пробы. Отсутствие промежуточных операций по извлечению фильтра из пробоотборника и транспорти­ ровке фильтра с пробой; 'безусловное участие в анализе всего количества сажи, осевшего в пробоотборнике (в том числе и на его стенках); устранение влияния на ре­ зультаты анализа посторонних веществ, могущих ока­ заться в пробе; замена весового метода измерения объ­

деления механического недожога.

Газоволюмометрический метод может быть применен во всех случаях, когда требуется быстрое 'определение небольших концентраций сажистого углерода в потоке газов, в том числе высокотемпературных.

Недостаток газоволюмометрического метода, как и метода ЮжОРГРЗС, состоит в пренебрежении водоро­ дом, содержащимся в сажистых частицах в небольших количествах. В методе і В Т И , как и в любом весовом, этот фактор может быть учтен условно, путем введения по­ правки к значению теплоты сгорания сажи при подсчете потери тепла с механическим недожогом q^.

Если принять, что в сажистых частицах водород от­ сутствует, величина <74 (%) может быть определена сле­ дующим образом:

Для строгого вычисления потерь тепла вследствие ме­ ханического недожога требуется определить элементар­ ный .состав сажистых частиц и дополнить величину, по­ лученную по приведенным выше формулам, долей хими­ ческого тепла, теряемой с водородом сажи.

4. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ФОРСУНОК НА ПОДОГРЕТОМ ВОЗДУХЕ

Следует отнестись критически к широко распростра­ ненному мнению [5] о том, что подогрев воздуха перед форсунками может предотвратить застывание мазута, вызываемое охлаждением воздуха при его истечении из сопла. Парадокс заключается в том, что в практических условиях эксплуатации форсунок предварительному на­ греву подвергается только низконапорный вентилятор­ ный воздух, падение температуры которого в сопле фор­ сунки пренебрежимо мало. Резким снижением темпера­ туры сопровождается лишь расширение среды высокого давления (например, компрессорного воздуха — распы­ лителя). При начальном давлении распылителя в 0,2— 0,3 Мнім2 (2—3 ат) для компенсации падения его тем­ пературы, могущего привести к увеличению вязкости ма­ зута на выходе из форсунки и резкому ухудшению ка­ чества распыливания топлива, компрессорный воздух следовало бы предварительно подогревать до 150— 200°С. Но организация подогрева распылителя, масса которого не превышает в большинстве случаев 6—7% от общего расхода воздуха, экономически не выгодна и свя­ зана к тому же со значительными конструктивными труд­ ностями, вызванными высоким давлением нагреваемой среды. Таким образом, на практике предварительный нагрев воздуха, идущего на горение, лишь в очень не­ большой степени способен компенсировать отрицатель­ ные последствия политропного расширения раопыливающей среды .

Однако сказанное выше ни в коей мере не снижает значения подогрева воздуха в отапливаемых мазутом ме­ таллургических печах. Кроме экономической целесооб­ разности, предварительный высокотемпературный нагрев воздуха в ряде случаев необходим для ведения техноло­ гического процесса. Не следует забывать и о влиянии по­ вышения температуры факела на организацию высокоинтенсивного короткюфакельного сжигания мазута (см.

установлено, что вязкость пленки жидкого топлива, на­ ходящейся на металлической поверхности с температу­ рой 200°С, уже через несколько часов существенно воз­ растает, однако пленка относительно легко растворяет­ ся в керосине и указанную температуру металла можно

удаление ее возможно лишь механическим путем и свя­ зано оо значительными трудностями. Такое поведение пленки топлива характерно, с незначительными вариан­ тами, для широкого диапазона марок топочных мазутов. В связи с этим температуру подогрева воздуха в 300° С следует рассматривать как предельно допустимую для большинства конструкций форсунок низкого давления, в которых не приняты специальные меры защиты мазут­ ной трубки от соприкосновения с горячим воздухом.

Одной из таких мер является экранирование топли­ воподающей магистрали в корпусе форсунки потоком холодного воздуха, расход которого может быть весьма незначительным (10—15% от общего количества). За­ щита мазутной трубки холодным воздухом может быгь осуществлена с разделением воздуха на два или более потоков вне корпуса форсунки (типа North — American, ФГ'П и др.). В этом случае поток первичного воздуха должен поступать к форсунке, минуя воздухонагрева­ тель. Имеется также некоторый опыт защиты мазут­ ного сопла теплоизолирующим керамическим наконеч­ ником, однако в промышленной эксплуатации форсунки такой конструкции не опробованы.

Аналогичные проблемы возникают и при работе на подогретом воздухе пневмомеханических форсунок. В этом случае решение может быть найдено в использова­ нии рециркуляции (обратного слива) топлива. Сущест-