Теория и практика сжигания топлива

1. Теория и практика сжигания топлива к.т.н., доцент Перескок С.А.

2. Цель дисциплины – подготовить специалистов, способных эффективно решать задачи по организации сжигания топлива в цементных вращающихся печах. После изучения дисциплины студент должен иметь: - знания о свойствах различных видов топлива; - умение рассчитывать основные показатели процесса горения; - знания об особенностях сжигания различных видов топлива в цементных вращающихся печах и способах оптимизации процессов горения топлива при обжиге цементного клинкера; - знания проведения технологической, теплотехнической и экологической оценки различных видов топлива.

3. ТОПЛИВО

4. ТОПЛИВО

5. СВОЙСТВА ТОПЛИВ Твердое и жидкое

6. СВОЙСТВА ТОПЛИВ Газообразное СН4: С2Н6 : С3Н8….СО2; Н2 : СО : N2 % по объему

7. 2. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ Qв – «высшая» (Qокисл + Q кондН2О) Qнр – «низшая» Qокисл Qб – «в бомбе» (Qокисл + Q кондН2О + Q раствSO2 : NO)

8. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ Qнр = 339Ср + 1030 Нр – 109(Ор – Sр) – 25 Wр кДж/кг т Qнр = 358СН4 + 638С2Н6 + 913С3Н8 + 1169С4Н10 + 1461С5Н12 + 126СО + 108Н2 кДж/кг т Газ Qнр = 35…42 МДж/м3 Бурый уголь 10 – 17МДж/кг Мазут Qнр = 37…43 МДж/кг Каменный 20 - 27 МДж/кг Уголь Qнр = 10…35 МДж/кг Антрацит 30 - 35 МДж/кг Бензин Qнр = 44,3 МДж/кг Сланцы 6 - 10 МДж/кг

9. УСЛОВНОЕ ТОПЛИВО [Qнр ] усл.= 7000 ккал/кг ≈ 29,31 МДж/кг

10. 3. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА С + О2 → СО2 4 Н + О2 → 2Н2О S + О2 → SО2 СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О α – 1,03...1,2 С2Н6 + О2 → СО2 + Н2О Loв = ... Lдв = Loв · α Lп.г. = LСО2 + LН2О + LSО2+ LN2+ Lизб.О2

11. 4. ТЕМПЕРАТУРА ВОСПЛАМЕНЕНИЯ min tо возгорания на воздухе без огня

12. 5. ТЕМПЕРАТУРА ВСПЫШКИ min tо воспламенения в присутствии огня мазут 80...200 оС 6. ВЯЗКОСТЬ М 20, 40, 60, 80, 100 при t = 50 оС 7. ОГНЕУПОРНОСТЬ ЗОЛЫ 8. ВЛАЖНОСТЬ

13. 9. ПОГОДОСТОЙКОСТЬ Склонность к воспламенению С + О2 → СО2 + q FeS + О2 → Fe2O3 + SO2 + q

14. 10. ТЕМПЕРАТУРА ГОРЕНИЯ Qнр + Qтф + Qвгор = Qп.г. + Qдисс + Qпот 10.1. Калориметрическая

15. 10.2. Теоретическая 10.3. Действительная (практическая)

16. 11. ЖАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ(величина справочная) Максимальная температура при сжигании на воздухе при α = 1,0 rс – 2240 оС rгаз – 2100-2200 оС rН2 – 2240 оС rмазут – 2000-2040 оС rСО – 2378 оС rС2Н2 – 2620 оС rкам.уголь – 2190 оС

17. ВИДЫ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

18. Основные характеристики иреакции горения газов

19. Теоретический расход воздуха на горение топлива - твердого и жидкого, м3/кг Lв0 = 0,0889 Ср + 0,265 Нр – 0,0333(Ор - Sр) - газообразного, м3/ м3 Lв0 = 0,0476 (2СН4+3,5С2Н6+5С3Н8+ +6,5С4Н10+8С5Н12+0,5Н2+0,5Н2) Действительный расход воздуха Lвд = Lв0 α, где α - коэффициент избытка воздуха

20. Выход продуктов сгорания

21. ДИФФУЗИОННЫЕ ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ а – горелка ГВП; 1 – сопло; 2 – завихритель; 3 – дроссель; 4 – направляющие; 5 – перемещение завихригеля; 6 – перемещение дросселя

22. ДИФФУЗИОННЫЕ ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ б – горелка ВРГ; 1 – сопло; 2 – завихритель; 3 – дроссель; 4 – направляющие; 5 – перемещение завихригеля; 6 – перемещение дросселя

23. ДИФФУЗИОННЫЕ ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ в – горелка ГРЦ; 1 – сопло; 2 – завихритель; 3 – дроссель; 4 – направляющие; 5 – перемещение завихригеля; 6 – перемещение дросселя

24. ДИФФУЗИОННЫЕ ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ г – горелка Южгипроцемента; 1 – сопло; 2 – завихритель; 3 – дроссель; 4 – направляющие; 5 – перемещение завихригеля; 6 – перемещение дросселя

25. ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА ФИРМЫ Pillard 1 – завихритель; 2 – канал ввода мазутной форсунки; 3 – канал завихряемого потока газа; 4 – канал аксиального истечения газа; 5 – канал охлаждающего воздуха; 6 – жаростойкая изоляция; 7 – мембрана; 8 – узел регулирования щели аксиального канала; 9 – узел регулирования положения завихрителя

26. МАЗУТНАЯ ФОРСУНКА С ВИНТОВЫМ ИГОЛЬЧАТЫМ РАСПЫЛИТЕЛЕМ 1 – сопло; 2 – распылитель; 3 – шток; 4 – корпус форсунки; 5 – узел управ­ления завихрителем

27. МАЗУТНАЯ ТАНГЕНЦИАЛЬНАЯ ФОРСУНКА 1 – сопло; 2 – камера завихрения; 3 – поршень с перекрывающим стаканом; 4 – шток управления; 5 – корпус форсунки

28. ГАЗОМАЗУТНАЯ ВИХРЕВАЯ ГОРЕЛКА 1 – мазутное сопло; 2 – завихритель; 3 – корпус горелки; 4 – узел управления завихрителя

29. РЕГУЛИРОВАНИЕ ФАКЕЛА

30. ТЕПЛООБМЕН В ФАКЕЛЬНОМ ПРОСТРАНСТВЕ tф=XT+Qнр –Qпот/Vп.г. Сп.г. при а= 1 tф=max, но топливо не сгорает полностью. Рекомендуется держать а=1.05~1,1 (О2=1-2%) а=1 С+О2 →CO2+33900кДж/кг 2240°С а=0,5 С+1/2O2→СО+10000кДж/кг 1340°С а=1 СО+1/2O2→СО2+ 23400кДж/кг 2310°С Чтобы повысить теплообмен необходимо: 1. поднять tф; 2. сконцентрировать факел и снизить потери в окружающую среду (создать хорошую обмазку); 3. увеличить степень черноты факела - Еф (Еф=0,25-0,85)

31. ТЕПЛООБМЕН В ФАКЕЛЬНОМ ПРОСТРАНСТВЕ Тепловой поток; лучистой энергии : Q луч=5.67•Ем [Ег• (Тф/100)4- Аг.м. • (Тм/100)4] •F, Ем- степень черноты материала Ег - степень черноты факела Аг.м –поглощающая способность газа при температуре равной температуре материала Тф и Тм - температура факела и материала

32. При Тф 1550 ºС– 1650 ºС Δt=100 Qлуч возрастает на 23% При Тф 2050°С–2150°С Δt =100°С Qлуч возрастает на 47% С понижением Тф с 1800 °С–1680°С Δt =120°С производительность печи снижается на 17%. Температура определяет скорость химического взаимодействия и синтез минералов Kc3s=Ко • е-E/RT Kc3s –коэффициент скорости химической реакции Е- энергия активации процесса R- газовая постоянная Т- абсолютная температура

33. Поэтому с понижением температуры следует учитывать необходимость более длительного обжига материала. В зависимости от температуры увеличивается время пребывания материала в зоне: е 2300/T1 /е 2300/T2 =1,53 раза Т1=2100°С Т2=2000°С Снижение температуры на 100°С требует увеличение продолжительности обжига в 1,5 раза Но высокая температура и концентрация ее на ограниченном участке снижает стойкость футеровки.

36. Скорость горения определяется: 1. скоростью химического взаимодействия (окисления) К=А• е-Е/RТ Скорость горения при T>1000 ºС уже не лимитируется кинетическим фактором. 2. В факельном пространстве скорость молекулярной диффузии настолько велика, что этот фактор можно не учитывать. Скорость молекулярной диффузии определяется уравнением Д=Д0 (T/T0)2

37. 3.При высоких температурах скорость горения определяется макродиффузией, т.е скоростью подвода окислителя к топливу и интенсивностью их смешения, и определяется критерием Пекле Pe=Pr Re=0.7 Re Критерий Рейнольдса Re= (w·d)/ν где: d- опред. диаметр (Д печи); w- скорость газового потока; ν –кинематическая вязкость газов. С повышением скорости вылета газа из горелки интенсивность смешения и горения возрастает, с повышением температуры вторичного воздуха скорость смешения и горения - замедляется - поскольку значительно возрастает вязкость воздуха.

38. Конфигурация факела определяется точкой воспламенения. Раннее воспламенение в диффузионных горелках ухудшает подвод окислителя и несколько удлиняет факел, который должен быть оптимальной конфигурации. 4. Степень черноты гранулированного материала - Ем на 30% выше, чем пылевидного и лучше теплообмен с газом вследствие обновления поверхности при перекатывании гранул. Для интенсификации теплообмена при обжиге пылевидного материала следует: -использовать мощные цепные завесы для нагрева материала до 450 - 500°С -использовать технические приемы, позволяющие перемешивать движущийся по печи материал.

39. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТЕПЛА НА ОБЖИГ КЛИНКЕРА ПО СОСТАВУ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ Важнейшей информацией о процессе горения топлива является состав сухих отходящих газов, по данным которого можно: - судить о полноте сгорания топлива; - определять подсосы воздуха по запечному тракту; - оценивать степень подготовки материала в наиболее энергоемкой части печи (зона декарбонизации), снижение и увеличение слоя материала на подходе к зоне спекания; - рассчитывать расход тепла на обжиг цементного клинкера.

40. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТЕПЛА НА ОБЖИГ КЛИНКЕРА ПО СОСТАВУ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ Для расчета необходимы следующие данные: состав используемого топлива; – процентное содержание СО2 в сухих продуктах горения при полном сжигании топлива с коэффициентом избытка воздуха α = 1; р – теплота сгорания топлива, приходящаяся на 1м3 сухих продуктов горения, рассчитываемая в теоретически необходимом количестве воздуха; состав сухих отходящих газов, %;

41. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТЕПЛА НА ОБЖИГ КЛИНКЕРА ПО СОСТАВУ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ Для расчета необходимы следующие данные: – процентное содержание СO2 в сухих отходящих газах, пересчитанное для условий, когда коэффициент избытка равен 1; состав сырьевой смеси; количество углекислоты, выделяющейся из сырьевой смеси при декарбонизации, приходящейся на 1 кл клинкера.