Теория энергосберегающих высокоскоростных горелочных устройств и их применение для производства металлургической извести во вращающихся печах (24.02.2009)

Автор: Копцев Валерий Владимирович

В результате анализа результатов экспериментальных обжигов получили следующие значения, определяющие рациональную конфигурацию рабочей зоны обжига во вращающейся печи:

смещение заднего конца горелки X1 = 0, 21 м,

глубина погружения горелки Х2 = 1,9 м,

расход газа на горелку Х3 = 3100 м3/ч.

(Разрежение на горячей головке печи X4, как показали опыты, существенного влияния не оказывает).

Эти результаты использованы для проектирования нового горелочного устройства – газовой турбулентной горелки ГГТ, схема головки которой приведена на рис. 1. Ее особенности: кольцевое цилиндрическое сопло, образованное конической обечайкой и телом Коанда, подвижный конический дроссель, завихритель газового потока и дополнительные сопла.

Опытно-промышленные испытания этой горелки во вращающихся печах ИДП ОАО ММК показали, что она дает ряд преимуществ по сравнению с применяемыми горелками ГВП: более высокую температуру факела, меньший коэффициент расхода воздуха, меньший удельный расход природного газа, лучшее качество извести.

Автором разработан ряд опытно-промышленных конструкций горелочных устройств типа ГГТ, предназначенных как для сжигания газообразного топлива (базовый вариант, приведенный на рис. 2), так и для сжигания пылевидного коксика и отработанной смазочно-охлаждающей жидкости прокатного производства.

Для определения рациональных условий сжигания топлива с применением горелки ГГТ в целях совершенствования тепловой работы вращающейся печи автор предлагает использовать еще один показатель – показатель эффективности работы сожигательных устройств вращающейся печи:

mах. (2)

Он отражает стремление повысить производительность (у1), снизить потери товарной продукции за счет улучшения качества (у2) и улучшить качество тепловой работы печи, снизив температуру на котлах-утилизаторах КУ (у4).

Рис. 2. Конструкция опытно-промышленной газовой горелки ГГТ

Были проведены эксперименты, в которых изменялось: расположение и количество дополнительных сопел, диаметр дросселя, конусность дросселя. Результаты экспериментов приведены в табл. 1. Они послужили исходными данными для построения статистической модели, представляющей зависимость эффективности работы сожигательных устройств от условий работы печи:

Y = – 0,72081?LФ + 3,23358?TФ – 3,23358?Х – 0,93806?Тку + 0,66734 G , (3)

где LФ, TФ, Х, Тку , G – безразмерные: длина и температура факела, содержание кислорода в продуктах сгорания на холодной головке печи, расход топлива.

Относительная длина факела при этом для сравнения определялась косвенно длиной печи, где температура кожуха печи была не ниже 300 °С.

Согласно уравнению (3) для повышения эффективности работы сожигательных устройств вращающейся печи необходимо уменьшить длину факела Lф, повышать его температуру ТФ, снижать содержание кислорода в отходящих газах X, не уменьшая при этом загрузку печи G. Кроме того, анализ экспериментальных данных показал, что лучшее качество извести и больший КПД печи были достигнуты при закрытии 4 верхних дополнительных сопел и открытии 4 нижних в горелке с диаметром сопла 110 мм и диаметром дросселя 106 мм (режим 4 в табл. 1).

Сравнение характеристик горелки ГГТ, разработанной автором, и горелки ГВП, разработанной ГипроНИИГазом и широко эксплуатируемой в известковообжигательных вращающихся печах, свидетельствует о значительных преимуществах горелки ГГТ (табл. 2).

Эксплуатация первого варианта опытно-промышленной газовой турбулентной горелки ГГТ в 1998 г дала эффект повышения производительности вращающейся печи по обжигу известняка на 1 т/ч. При этом качество извести повысилось на 20 % (ПМПП уменьшились с 8 % до 5 %), а расход газа уменьшился на 5-10 %. Ее применение, кроме того, значительно повышает стойкость футеровки и, следовательно, увеличивается межремонтный срок работы печей.

Улучшенная конструкция горелки типа ГГТ в 1999 г. дала экономический эффект 559 500 руб./год. Внедрение результатов модернизации горелки типа ГГТ в 2000 г. позволило получить экономический эффект 19 826 552 руб./год. Предложенная конструкция сожигательного устройства для утилизации отработанной экологически вредной смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) прокатных цехов ОАО ММК позволяет при сохранении производительности печи и высокого качества извести сжигать до 270 л СОЖ в час, экономя при этом до 300 м3/ч газа.

Таблица 2

Сравнение характеристики горелок ГГТ и ГВП

Тип горелки Характеристика горелки

Температура факела, оС Коэффициент расхода воздуха Удельный расход природного газа,

м3 /ч?т ПМПП, %

ГВП 1480 1,08-1,10 215,0-220,0 6-8

ГГТ 1560 1,02-1,03 200,0-205.0 5-6

В период с 1 по 28 февраля 2003 года были собраны данные по дефектам макроструктуры произведенных непрерывнолитых заготовок. Был проанализирован марочный сортамент продукции кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК» с указанием количества отобранных темплетов (всего в количестве 614 штук), марок сталей и общего количества испытанных образцов на каждую марку и в целом по группе марок. Он был сопоставлен с результатами анализа качества извести за этот же период. После статистической обработки были получены таблицы зависимости средних баллов дефекта осевая химическая неоднородность (ОХН) от содержания СаО и от величины ПМПП. Их анализ показал, что изменение содержания СаО в извести в рекомендуемом технологической инструкцией интервале 87 – 91 % практически не сказывается на изменении балла ОХН и на содержании серы в металле (рис. 3, а). Однако снижение ПМПП с 10 % до 5 % ведет к снижению содержания серы почти в два раза (рис. 3, б, в).

Рис. 3. Влияние величины ПМПП в извести на среднее значение балла ОХН (а), содержание серы (б) для качественных конструкционных сталей и содержание серы (в) для сталей обыкновенного качества

Таблица 1

Результаты опытов

№ режима Конструктивные параметры горелки Температура кожуха печи по участкам по длине печи, 0С

(Длина одного участка 14 м)

Тmax /Тmin Температурафакела ТФ,оС Химический состав газа,

% Температура на КУ

ТКУ, °С Расход газа

V, м3/ч Величина загрузки G, т/ч ПМПП, %

1 2 3 4 5

1 4 верхних дополнительных сопла открыты, 4 нижних закрыты, диаметр дросселя D=106 мм 340/ 300 342/ 320 342/ 290 290/ 260 230/ 140 1380 23 0.8 600 3050 29-30 11,9

2 4 верхних дополнительных сопла закрыты, 4 нижних открыты, диаметр дросселя D=106 мм 315/ 290 300/


загрузка...