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

очень мало отличается от плотности воды. Неотстоявшаяся .вода располагается послойно, сосредоточиваясь в основном в нижней части емкости. Неравномерное рас­ пределение воды в топливе приводит к срыву факела при пуске форсунки; при попытке вторичного -пуска возмож­

ние, выпаривание в скрубберах, продувка сжатым воз­ духом и др.) малоэффективны, трудоемки, требуют до­ рогостоящего оборудования. Этот путь, видимо, не явля­ ется решением проблемы.

Задача, таким образом, заключалась в получении эмульсии1 с равномерным распределением воды по всей массе горючего. Решение этой задачи облегчается тем, что в вязком топливе содержится некоторое количество природных эмульгаторов — асфальтенов.

Для использования в качестве топлива предпочти­ тельны эмульсии класса «вода—масло», т. е. такие, в ко­ торых дисперсной фазой является вода, а дисперсионной средой— органическая жидкость (например, мазут). Именно этот тип эмульсии обеспечивает надежное вос­ пламенение и горение, так как в каплях, образующихся при распыливании, вода находится внутри, а топливо—

ды. При прогреве капли топливной эмульсии до темпе­ ратур, несколько превышающих температуру кипения воды, начинается испарение капли воды, заключенной в оболочку из топлива, пребывающего в неизменном пока агрегатном состоянии. Под действием расширяющегося пара происходит микровзрыв капли с разрывом ее на еще более мелкие части. Дополнительное дробление ка­ пель ускоряет процесс сгорания благодаря увеличению поверхности испарения и улучшению перемешивания топлива с воздухом.

При транспортировке и сжигании водо-мазутных эмульсий очень важно знать их физические характери-

1 Эмульсией называется смесь, состоящая из двух взаимно не­ растворимых жидкостей, одна из которых в виде мельчайших капель равномерно распределена в другой. Раздробленная на капельки жид­ кость называется дисперсной фазой, а другая жидкость — диспер­ сионной средой.

эмульсии, по сравнению с безводным мазутом, составляет всего лишь 0,8—1,5%'. Расчет количества воздуха, необ­

лам с учетом содержания влаги в эмульсии. С повыше­ нием влажности жидкого топлива объем СОг и N2 в.про­

влажностью 20% в количестве, эквивалентном по теплу 1 кг безводного мазута, увеличивается всего лишь на 5%. .

На эмульгированном высоковязком мазуте с 1958 г. работает ряд мартеновских и нагревательных печей Кулебакского металлургического завода (Горьковская об­ ласть) [38]. Причиной перехода на эмульсии были труд­ ности, встретившиеся при сжигании обводненного высо­ ковязкого мазута с неравномерным распределением во­

назначенной для нагрева .металла перед штамповкой, и в двухзонной методической печи с площадью пода 104 м2. Для сжигания топлива и эмульсий были использованы паровые форсунки Шухова. При работе методической печи на эмульсиях влажностью 12—15% были получены хорошие результаты. Опытные плавки в 100-г мартенов­ ских печах того же завода показали, что результаты ра­ боты на эмульсиях с влагосодержанием 10—12% близки к показателям, полученным при эксплуатации печей на недиопергированном мазуте с влажностью 6%. Выясни­

всех случаях 'благоприятно сказывается на воспламене­ нии и горении. В связи с этим Кулебакский металлургиче-

ский завод отказался от обезвоживания мазута и пере­ шел на его диспергирование.

На рис. 15 представлена конструкция механического цилиндрического диспергатора производительностью 14 т/ч, разработанная на Кулебакском заводе. Этот диспергатор относится к классу коллоидных .мельниц, осу­ ществляющих тонкое диспергирование до размеров ча­ стиц порядка нескольких микрон. Работа его основана

650

Рис. 15. Цилиндрический диспергатор Кулебакского металлурги­ ческого завода

на продавливании неоднородной смеси взаимно нераст­ воримых жидкостей через узкий зазор между вращаю­ щейся и неподвижной поверхностями. Капли больших размеров при этом образуют вытянутые .нити или плен­ ки, распадающиеся затем на мелкие капельки. Диспер­ гатор Кулебакского завода дает возможность регулиро­ вать величину зазора между рабочими поверхностями, что влечет за собой изменение производительности. Для снижения затрат анергии на приготовление эмульсии ре­ комендуется поддерживать температуру в диспергаторе 80—85°С, для чего корпус аппарата можег быть заклю­ чен в паровую рубашку.

И. А. Тув с сотрудниками предложил способ приго­ товления эмульсий с помощью барботажа через слой об-

либо предварительно подготовленной суспензии, либо от­ дельных компонентов смеси (водо-угольной суспензии с мазутом или пылеуголы-юго топлива с водо-мазутной эмульсией).

Институтом горючих ископаемых проведены предва­ рительные эксперименты по сжиганию водо-угольной су­ спензии в смеси с мазутом в циклонной камере опытнопрамышлеиного масштаба [39]. Циклонная камера (дли­ на 1620 мм, внутренний диаметр 950 мм; диаметр выход­ ного сечения 450 мм) была наклонена под углом 15° и обращена выходным отверстием к камере дожигания, выполненной в виде футерованной вертикальной шахты, в которую стекал также через летку шлак из циклонной камеры. Горелку устанавливали аксиально в торце ка­ меры, сюда же подавался первичный воздух — частично в осевом направлении, частично тангенциально через ули­ точный аппарат. Вторичный воздух целиком поступал в циклонную камеру тангенциально через сопловые отвер­ стия в боковой стенке, расположенные в среднем по дли­ не сечении. Суммарный номинальный расход воздуха со­ ставлял 8000 м3/ч.

Горелочное устройство содержало три концентрически расположенные трубы, через которые поступали водоугольная суспензия (по центральной магистрали), мазут и, наконец, компрессорный воздух для распыливания (по периферийному кольцевому каналу). До встречи с рас­ пылителем компоненты топлива перемешивались в ка­ мере небольшого объема. Корпус форсунки завершался отбойным диском, после удара о который распыленное топливо стекало с его поверхности в виде пленки и под­ вергалось вторичному распыливанию первичным воз­ духом.

Эксперименты проводили на мазуте марки 100 (вяз­ кость 103 ест или 13,8°ВУ при 80°С, влажность 5%) и во­ до-угольной суспензии влажностью 46—48%, приготов­ ленной на базе угля марки Г Донецкого месторождения

ячейками 3,6 мм — 98,8%. Средний расход суспензии со­ ставлял 1200—1700 кг/ч, а расход мазута изменяли в пределах 0—180 кг,1ч. Суммарный коэффициент расхода

воздуха 1,051—1,10. Расход первичного воздуха не пре­ вышал 15—25% от общего количества. Скорость первич­ ного воздуха на входе в камеру 20—35, вторичного 120—

ность 42,6%) была в среднем 1380°С. Без мазута темпе­ ратура факела была ниже примерно на 100 град. Было установлено, однако, что при раздельном вводе суспен­ зии и мазута часть топлива догорает в камере дожи­ гания.

Сжигание предварительно подготовленной угле-водо- мазутной суспензии (угля 28—30, мазута 50—58, воды 14;—21%) протекало с большой полнотой. Применение фракций угля размером не более 0,3 мм позволяло осу­ ществить полное сгорание топлива в пределах циклонной камеры. Увеличение доли угля в смеси до 70% приводило

Изучение воздухо- и паро-мазутных эмульсий вызва­ но постоянными трудностями, возникающими при эксплу­ атации форсунок относительно малой производительно­

закоксовыванием топливного сопла. Использование та­ кого рода предварительно подготовленных смесей жид­ кости (топлива) с газовой (паровой) фазой дает возмож­ ность увеличить размеры проходных сечений в 20—50 раз по сравнению с аналогичными размерами обычных фор­ сунок любой конструкции (при одинаковой производи­ тельности) и тем самым облегчить эксплуатацию топливосжигающих устройств. •

Исследования Всесоюзного научно-исследователь­ ского института металлургической теплотехники (ВНИИМТ), посвященные сравнению работы различных

вергаются закоксовыванию, тогда как При эксплуатации прямоструйной и турбулентной (например, конструкции А. И. .Карабина) форсунок высокого давления той же мощности требовалась постоянная чистка мазутного от­ верстия. Для подачи паро-мазутной эмульсии была ис­ пользована трубка с внутренним диаметром 10 мм без соплового сужения на выходе. Опыты проводили на ма­ зуте средней вязкости. Коэффициент избытка воздуха поддерживали в пределах 1,0—1,1. Вентиляционный воздух предварительно подогревался до 300°С и подвер­ гался закрутке в лопастном завихрителе. Удельный рас­ ход пара на приготовление паро-мазутной эмульсии со­ ставил 0,93.кг «а 1 кг топлива. Температура эмульсии в эмульсаторе (конструкцию см. ниже) 145—150°С. Ско­ рости выхода паро-мазутной эмульсии были достаточно вели­ ки (220—250 м/сек).

тойчивон работы, что свидетельствует о Возможности ре­ гулирования производительности эмульсатора.

.Воздухо-мазутные эмульсии 'Могут быть получены в аппаратах, аналогичных изображенному на рис. 16. Раз­ ница состоит лишь в том, что распылителем ©место пара является компрессорный воздух, подогретый до 150— 200°С. Для транспортирования воздухо-и паро-мазутных эмульсин на небольшое расстояние (до 8.—10 м) допол-

а

Рис. 17. Эмульсионные форсунки ВНИИМТ:

а — многосопловая; б — радиально-кольцевая

нительный обогрев магистрали не является необходимым. При наличии более длинных магистралей эмульсопровод может быть заключен в паровую рубашку.

Характеристики факела паро- и воздухо-мазутных эмульсий были исследованы в ходе стендовых испытаний [41, с.228—245; 42, с. 146—153] эмульсионных форсунок двух конструкций: многосопловой (рис. 17, а) и .радиаль­ но-кольцевой (рис. 17, б). В обоих случаях вентилятор-

ный воздух, подаваемый на горение, подвергался интен­ сивной предварительной закрутке с помощью завихрите-

сопровождалось увеличением длины факела на 170 мм. Попытка сократить длину факела путем деления потока на несколько струй'(многосопловая форсунка) не увенча­ лась успехом из-за неравномерности распределения эмульсии между соплами. Факел многосопловой форсун­ ки во всех случаях оказался длиннее факела радиальнокольцевой примерно на 400 мм.

Влияние рода дисперсной фазы (пар или воздух) под­ вергалось специальному исследованию на огневом стен­ де ВНИИМТ. Факел воздухо-мазутной эмульсии оказал­ ся (при прочих равных условиях) на 160—200 мм короче факела паро-мазутной эмульсии Г41,с. 228—245]. Темпе­ ратура факела воздухо-мазутной эмульсии при а = 1,05—

паро-мазутной эмульсии существенно сокращается. Пе­ регретый пар в качестве дисперсной фазы обладает пре­ имуществом перед насыщенным (экономия пара, более высокая температура факела).

Исследования В. М. Бабошина [42, с. 166—177] по­ казали возможность сжигания паро- и воздухо-мазутных эмульсий с коэффициентом расхода воздуха до 0,9. В слу­ чае применения радиально-кольцевой форсунки с пред­ варительной закруткой воздуха сажистые частицы прак­ тически отсутствуют уже на расстоянии 600 мм от устья форсунки. .

Промышленные испытания метода сжигания топлива в виде паро-мазутной эмульсии были проведены на ка­ мерной кузнечной печи с выдвижным подом площадью 6 м2 [43, с. 236—243]. До перехода на эмульсионный метод на печи были установлены форсунки низкого дав­ ления конструкции Стальпроекта. Предполагалось путем перехода на сжигание эмульсии уменьшить длину и свети­ мость факела и устранить таким образом возможность