Сжигание топлива во вращающейся печи

20.2.1. Установка горелки. Труба горелки может распола­гаться параллельно оси печи или горизонтально. В последнем случае она наклонена к оси печи и поверхности слоя материа­ла. Вследствие «столкновения» факе­ла со слоем материала такое положе­ние горелки не всегда обеспечивает удовлетворительный обжиг.

Обычно трубу горелки помещают в центре поперечного сечения вращаю­щейся печи. Однако имеются модифи­кации, особенно для вращающихся пе­чей большого диаметра, где горелку располагают ближе к поверхности слоя материала параллельно оси пе­чи, чтобы предотвратить наклон тру­бы горелки в направлении к матери­алу.

Ниже приведен пример размеще­ния трубы горелки вне центра по­перечного сечения вращающейся печи.

Пример 20.3. Внутренний диаметр корпуса печи 4,56 м; толщина фу­теровки 15 см; толщина обмазки 15 см.

Внутренний диаметр печи 4,56-0,30-2=3,96 м=396 см. Угол естественного откоса материала 40°. При степени заполнения печи 12% высота слоя материала составляет 17,7% диаметра печи (см. табл. 20.9):

396-0,177 = 70 см; I = — — 70 = 128 см; = 64 см.

2 2

V (вертикальная проекция) = 64 cos 40° = 49 см;

H (горизонтальная проекция) = 64 sin 40° = 41 см.

Сжигание топлива во вращающейся печи

Рис. 20.18. Расположение оси форсунки В в попереч­ном сечении вращающейся печи

Это означает, что труба горелки находится на 49 см ниже центра попе­речного сечения печи по вертикали и сдвинута вправо на 41 см. Это положе­ние обозначено точкой В на рис. 20.18.

Таблица 20.9. Степень заполнения печи и высота слоя материала, % к внутреннему диаметру печи

Степень заполнения

Высота заполнения,

Степень заполнения

Высота заполнения,

Печи, %

% от £>внутр

Печи, %

% от Овнутр

5

9,75

11

16,7

6

11,0

12

17,7

7

12,2

13

18,8

8

13,4

14

19,8

9

14,5

15

20,8

10

15,6

20.2.2. Форсунка для твердого топлива. Диаметр сопла фор­сунки можно определить по формуле

D = 1000

Где d — диаметр сопла, мм; V — расход первичного воздуха, мэ/с; v — ско­рость воздуха в сопле, м/с.

Количество первичного воздуха составляет 15—20% всего количества воздуха, подаваемого на горение, и может быть рассчитано по формуле

V’wQp V = 3600-100 ‘

Где V — количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг угля (с учетом избытка воздуха), мэ/кг; w —количество угольной пыли, необходимое для об­жига 1 кг клинкера, кг/кг; Q — производительность печи, кг/ч; р — отношение первичного воздуха к общему количеству воздуха, необходимому для горе­ния, %.

Пример 20.4. Требуется рассчитать диаметр сопла пылеугольной фор­сунки при следующих исходных данных; Q = 500 т/сут клинкера=20833 кг/ч, и = 60 м/с, р= 20%, V’—8 мэ/кг угля, w=0,25 кг/кг клинкера;

„ 8,0-0,25-20833-20 „ , „,

V =——— 1—————- = 2,31 м /с.

3600-100

Диаметр сопла

Л 1 Г 1,30-2,31 d= 1000 І/ — = 223мм.

Обычно форсунка для сжигания угольной пыли имеет фор­му, показанную на рис. 20.19. На рисунке обозначен диаметр d, найденный в приведенном выше примере.

Сужение выходного участка форсунки обеспечивает улуч­шение смешивания угольной пыли с первичным воздухом. Из­менение диаметра сопла позволяет также регулировать ско­рость смеси угольной пыли с первичным воздухом. Обычно выполняется правило: чем больше скорость в сопле, тем коро­че и интенсивнее пылеугольный факел. Скорость смеси первич­ного воздуха с угольной пылью является функцией производи­тельности вращающейся печи и ее диаметра.

На диаграмме, приведенной на рис. 20.20, показана ско­рость смеси в сопле форсунки, соответствующая диаметру вра­щающейся печи. При таких скоростях в сопле факел получает оптимальную форму и создаются благоприятные условия для теплообмена между факелом и обжигаемым материалом.

Сжигание топлива во вращающейся печи

На рис. 20.21 показана новая конструкция пылеугольной форсунки, позволяющая получать хорошие результаты [192]. Благодаря более полному перемешиванию угольной пыли с первичным воздухом и повышенной турбулентности в такой форсунке возникает короткий интенсивный пылеугольный фа-

Сжигание топлива во вращающейся печи

П^Г"

710-1

ЗкО-

100-

300-

30-

260 •

80-

220-

70-

S0-

180■

50-

ПО­

Ко-

ПО­

30-

ВО А

60-

20-

ЦО

5 И, м

4 в в w 12 1k т 18в, ч>ут

Рис. 20.20. Скорость в форсунке v в зависимости от диаметра D вращаю­щейся печи

•ятное влияние. Кроме того, и долговечность вентилятора пер — ‘вичного воздуха ограничивает его температуру.

Для предотвращения обгорання форсуночного сопла воспла­менение пылеугольного факела должно начинаться не ближе 25 см от обреза форсунки, что достигается при соответствую­щей скорости в сопле (см. рис. 20.20). Обгорание сопла и об­ратное движение пламени могут возникать при скорости в пы­леугольной сопле, равной или меньшей 20—25 м/с.

Руланд предложил уравнение, позволяющее рассчитать дли­ну пылеугольного факела во вращающейся печи [192а].

В связи с тенденцией повышения стоимости угля в цемент­ной промышленности начали в большом количестве применять ^низкокачественный высокозольный уголь с малым содержани­ем летучих компонентов. Промышленный опыт свидетельству­ет, что оптимальная скорость истечения пылеугольной смеси из форсунки зависит не только от диаметра печи, но в значи­тельной степени и от свойств применяемого угля, особенно от тонкости его помола.

Известное положение о том, что экономичная работа вра­щающихся печей на низкокачественном угле невозможна, ве­дет к заключению о необходимости применения второго топ­ливного компонента. С учетом этого требования фирма «Пил-
лард Олфойерунг» (ФРГ) разработала два типа специальных форсунок, один из которых предназначен для смеси угля с жид­ким топливом (тип VR-K), а другой — для смеси угля с при­родным газом (тип VR-GK). По данным фирмы «Пиллард», при этом требуется небольшой расход первичного воздуха — примерно 6% общего количества воздуха на горение — для форсунок различных типов [174d].

20.2.3. Форсунка для жидкого топлива. Для работы вра­щающихся печей на жидком топливе применяют мазутные го­релки или распылительные форсунки разного типа.

Сжигание топлива во вращающейся печи

Рис. 20.22. Сопло мазутной фор­сунки высокого давления

Распылительные форсунки высокого давления с фиксирован­ным отверстием. Расход топлива регулируется изменением давле­ния. На рис. 20.22 схематически показано сопло распылительной форсунки высокого давления. В наконечнике форсунки предус­мотрены тангенциальные шлицы, придающие мазуту вращательное движение. Давление жидкого топлива преобразуется в кинети­ческую энергию. Если, например, требуется снизить расход топлива на одну треть, то давление следует уменьшить на одну девятую. Для мазута № 6 (соответ­ствующего типу S по DIN 51603/1963) давление 10 ати больше не

Сжигание топлива во вращающейся печи

Мазута

Считается достаточным для распыления. Рабочее давление этих форсунок составляет около 90 ати при 110° С. Интервал его регулирования ограничен соотношением около 1 :3. Более низкая или более высокая производительность форсунки мо­жет быть достигнута только при замене сопла. Для получения высокой производительности (200 кг/мин и более) применяют форсунки мультиплетного типа с несколькими соплами, как по­казано на рис. 20.23 [193].

Распылительная форсунка высокого давления с переменным отверстием. В жидкостных форсунках другого типа предусмот­рено изменение сечения сопла при постоянном давлении. При горизонтальном перемещении сердечника, расположенного в центре входного патрубка форсунки, уменьшается или увели­чивается проход для топлива и, соответственно, количество топлива, впрыскиваемого в печь. Рабочее давление составляет ■около 20 ати. Интервал регулировки расхода также ограничен.

£

Сжигание топлива во вращающейся печи

X

Чтобы ликвидировать эти ограничения, фирма «Пиллард» разработала форсунку специальной конструкции, позволяю­щую осуществлять регулировку в широких пределах (тип MY). Эта конструкция позволяет в период запуска переключать один из двух подающих мазут трубопроводов на возврат ма­зута. С таким циклом даже мощные печные агрегаты из холод­ного состояния могут быть доведены до нормальной работы на стационарном устройстве для сжигания топлива [174].

Форсунка с рециклом мазута. При применении такой фор­сунки может быть достигнуто регулировочное соотношение 1 :8; этого вполне достаточно, чтобы запустить холодную вра­щающуюся печь и обеспечить ее нормальную эксплуатацию.

Форсунка с рециклом мазута схематически показана на рис. 20.24. Жидкое топливо через полость корпуса и тангенци­альные шлицы поступает в вихревую камеру, где получает вращательное движение и впрыскивается в печь через отверс­тие сопла. Однако впрыскивается только часть топлива; остав­шаяся часть возвращается через центральный трубопровод в запасной бак. Количество топлива, подаваемое в печь и воз­вращаемое в бак, регулируется вентилем, установленным на трубопроводе возврата. В этой системе производительность на­соса должна на 30—50% превышать максимальную произво­дительность сопел. Рабочее давление находится в пределах 20—40 ати.

Двухканальная форсунка фирмы «Пиллард». Развитие жид­костных форсунок с подачей воздуха для вращающихся печей ясно продемонстрировало преимущество двухканальных кон­струкций. Современный уровень техники в этой области пред­ставляет форсунка типа VR фирмы «Пиллард» (рис. 20.25).

Здесь первичный воздух поступает в два концентрических канала. Вихревая камера, расположенная на входе из внут­реннего канала, придает внутреннему потоку первичного воз­духа быстрое вихревое движение. Наружный поток первично­го воздуха выходит по оси канала. Регулировка перемешива­ния обоих воздушных потоков позволяет произвольно изменять, форму факела. Во время работы печи дроссельный клапан.

Сжигание топлива во вращающейся печи

Рис. 20.25. Двухканальиая форсунка типа VR фирмы «Пиллард»

1— «шток» сопла; 2— резиновая ручка для регулирования положения сопла; 3— быст­родействующий запорный ниппель; 4 — упор; 5— труба для подачи топлива; 6 — труба> для возврата топлива; 7— головка форсунки; 8 — гайка головки форсунки; 9— дроссель­ный клапан; 10— центрирующие ребра; // — корпус «штока»; 12 — корпус спиральной! камеры; 13 — воздушный корпус; 14 — огнестойкая изоляция; 15 •— первичный воздух; 16 — патрубок спиральной подачи; 17 — патрубок осевой подачи; L — номинальная дли­на форсунки

Сжигание топлива во вращающейся печи

Обеспечивает распределение первичного воздуха между кана­лами. Наружный поток первичного воздуха выполняет также задачу охлаждения корпуса форсунки. Кроме того, наружную трубу форсунки обычно защищают от перегрева огнестойкой изоляцией (см. рис. 20.25) [174d],

Акустическая форсунка. Так называемая ультразвуковая форсунка [194] позволяет в широких пределах изменять фор­му факела горения жидкого топлива.

Акустические сопла, в которых используются звуковые вол­ны, генерируемые сжатым воздухом или паром при давлении 6 ати, распыляют жидкое топливо на однородные капли любо­го требуемого размера. Они позволяют получить разнообраз­ные формы факела. На рис. 20.26 показаны две экстремальные формы факела, полученные с помощью такой форсунки.

Акустическая форсунка состоит из ультразвукового газово­го сопла, резонатора и топливного сопла. На рис. 20.27 пока­зана схема такой форсунки.

Сжигание топлива во вращающейся печи

;Рис. 20.27. Схема акустической фор­сунки

<1 — сжатый воздух; 2— подача мазута; ■Я — распределительный канал; 4 — струя

Сжигание топлива во вращающейся печи

Пылеугольной форсунки

В зависимости от модели форсунки частота вибрации резо­натора составляет от 10000 до 20000 Гц; при этом создается топливное облако из капель диаметром около 5 мкм. Интервал регулировки расхода равен 1 : 15. Неблагоприятным фактором а данном случае является уровень шума. Персонал, обслужи­вающий печь, вынужден надевать звукоизолирующие наушники. Такая форсунка не является уль­тразвуковой. Ультразвуковые частоты начинаются после 30000 Гц, т. е. находятся за поро­гом слышимости.

*

•мазута; 5 — резонатор; 6 — сферические п опої Новая коистоукпия сопла звуковые волны, дробящие мазут на одно — * гшнли кииілрукции шин

Гродные капли

20.2.4. Газовые горелки. Газовая горелка, наиболее рас­пространенная в цементной промышленности США, представ­ляет собой простую трубу с одним каналом для газа без пода­чи первичного воздуха, не требующегося для сжигания газа во вращающихся печах.

Высокая скорость истечения природного газа из сопла (300—400 м/с) вызывает интенсивный подсос горячего воздуха яз клинкерного холодильника и немедленное, достаточно пол­ное перемешивание его с газом, что делает излишней подачу ■первичного воздуха. Поэтому достигается экономия за счет •стоимости вентилятора первичного дутья и расходов по экс­плуатации. Одновременно исключаются потери тепла иа на­грев холодного первичного воздуха. При этом полнота сгора­ния газа достигается без особого избытка воздуха. Факел на­чинается примерно на расстоянии 50 см от сопла.

В газовой горелке, схематически представленной на рис, 20.28, длина факела и скорость истечения газа из сопла регу­лируются путем перемещения сердечника в сопле, т. е. измене­нием поперечного сечения его отверстия. На форму факела ока­зывает влияние также форма сердечника. Вытянутый сердеч­ник с закругленными гранями, показанный на рисунке, дает удлиненный факел. Короткие сердечники с острыми гранями создают турбулентный широкоугольный и поэтому короткий факел.

Сердечник, показанный на рис. 20.29, имеет изогнутые от­ражатели из тонколистовой стали для завихрения газовой струи и дальнейшего укорочения факела. В этой горелке сер­дечник и отражатели могут перемещаться независимо один от другого. Применяют сопла с отверстиями от 70 до 120 мм, по­перечное сечение которых регулируется перемещением сердеч­ников. Рабочее давление газа 2,5 ати [174а].

Фирма «Пиллард Олфойерунг ГмбХ» сообщала об успеш­ной эксплуатации газовой горелки новой конструкции VP-G — В этой горелке газовый поток разделяется, как минимум, на две струи с независимой регулировкой каждой из них. Эта сис­тема удовлетворяет требованию оптимальной приспособляе­мости к условиям процесса обжига во вращающейся печи [174d].

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *