Цель

Повысить стойкость сварных горелочных балок печей обжига известняка из-за разрушения сварных швов, повысить полноту сгорания топлива, равномерность распределения температуры обжига по сечению печи.

Существующая конструкция балки печи обжига известняка ЗСМК

Балка 1 имеет сварную конструкцию, выполненную из толстостенных (до 20мм) листов металла в виде коробки (рис.1). Внутри балки газовый коллектор 2 и два воздушных коллектора 3. Балка охлаждается протекающей внутри её водой. Воздух в под балочное пространство поступает из коллектора сопла 4, расположенных в два ряда вдоль балки. Газ поступает в печь из коллектора через семь сопел 5, размещённых вдоль продольной оси балки и через переферийные сопла, расположенные на стене печи (на рис.1 не обозначены).

Недостатки существующей схемы

1. КПД печи не превышает 54% из-за больших потерь с химической неполнотой горения и потерь с охлаждающей водой.
2. Периодическое разрушение плотности сварных швов балки, общая длина которых порядка 50м. Это ограничивает межремонтный период работы печи.
3. Неравномерное распределение температуры обжига по сечению печи и трудности его регулировки.

Техническая задача и условия решения

1. Организовать частичное смешение топлива и воздуха перед воспламенением газа.
2. Устранить повреждения сварных швов.
3. Автоматизировать регулировку температуры обжига известняка.

Решение не должно быть связано с капитальными затратами на реконструкцию печи. Мероприятия могли бы быть выполнены в период капитального ремонта и затраты окупиться в течение года.

Суть предлагаемого решения в изменении конструкции балки для того, чтобы иметь минимальную протяжённость обогреваемых сварных швов, организовать предварительное смешение газа с первичным воздухом до выхода смеси в слой известняка и регулировать расхода газа по сечению печи по компьютерной программе блочной горелки.

Балку (рис.2, 3, 4) изготовить из цельно тянутой трубы 1, внутрь которой вставлена вторая туба 2, меньшего диаметра, для подачи газо-воздушной смеси в печь через газо-выпускное окно 3. имеющее огнепреградитель в виде трубок или щелей 4. Между наружной и внутренней трубами балки подается охлаждающая вода или воздух, при применении которого наружная труба ошипована с нанесением по шипам огнеупорной обмазки (на рисунках не показано).

Возможны различные варианты конструктивного оформления трубной конструкции балки и размещения её в печи.

Вариант 1

Горизонтальная балка. Внутри балки (рис.2) имеются ребра жёсткости 5. По торцам балки установлены газовые горелки 6. Для пропуска в межтрубное пространство балки охлаждающей воды патрубки 7. При расположении газо-выпускных сопел в верхней части балки, над ними имеется козырёк 8, опирающийся на рёбра жесткости 9. Внутренняя труба балки имеет рёбра жёсткости 10.

У такой балки расчётный запас прочность на изгиб (1,5) меньше, чем у существующей сварной конструкции (3,5). Обе, перекрывая поперечное сечение печи по диаметру, создают сопротивление движению известняка в шахте.

Вариант 2

Для уменьшения отрицательного влияния этого, поперечную горизонтальную балку можно заменить консольной, показанной на рис.3 и рис.4. Основные конструктивные элементы те же, что и в поперечной балке, но прочность на изгиб такой конструкции порядка 7, т.е существенно выше, чем у существующей сварной конструкции поперечной балки. Примеры размещения консольных балок в печи, показаны на рис.4(а), и рис.4(б). Схема размещения консольных балок по схеме «б» меньше препятствует движению известняка в шахте.

Важным преимуществом консольной балки является возможность проверки работы её с воздушным охлаждением. Расчёты показывают, что при воздушном охлаждении может быть обеспечена температура наружной поверхности балки в пределах до 300°С. Прочность труб ст. 20 вполне допускает работу при такой температуре стенки трубы.

Трубная (консольная) конструкция балки работает следующим образом

Газ и воздух с коэффициентом избытка порядка 0,5 подают в балку горелками 6. Предпочтительно использовать блочные горелки с программным управлением, т.к. они позволяют автоматически, в режиме заданном программными средствами регулировать расход газа и воздуха по горелкам балки так, чтобы температура в печи выравнивалась по сечению при изменении фракционного состава известняка. Подаваемая внутрь балки топливо - воздушная смесь не может воспламениться внутри балки из-за низкой температуры, высокой скорости и недостатка воздуха для горения. Разбавление смеси вторичным воздухом до концентрационного предела воспламенения, воспламенение топлива и сгорание возможно после выхода её в объём печи. Блочные горелки (например, фирмы Weishaupt Monarch) снабжены индивидуальными вентиляторами и автоматикой программного управления режимом подачи смеси в балку. За счёт независимого изменения расхода газа и воздуха с правой и левой стороны горизонтальной балки и по горелкам консольных балок, можно автоматически регулировать температурный режим при изменении фракционного состава известняка в печи.

Таким образом, предварительное смешение газа и воздуха до выхода смеси в объём печи, обеспечит более полное сгорание газа при последующем смешении его с вторичным воздухом.

Это позволяет рассчитывать на значительное повышение полноты сжигания газа.

Трубная конструкция балки, кроме сокращения потерь с охлаждающей водой за счёт уменьшения площади нагрева балки, не имеет сварных швов с разной степенью обогрева по наружной поверхности балки.

Это даёт основание рассчитывать на снижение вероятности повреждения балки по сварным швам. Трубная конструкция балки требуется меньше металла и проще в изготовлении. Блочные горелки с программным управлением позволят оперативно регулировать положение и температуру факела в печи.

Для охлаждения балки, оборудованной блочными горелками, может быть использован воздух, который просасывается через балку вентилятором горелки и подаётся в печь. Охлаждающий воздух, при температуре наружной стенки балки порядка 300°С, не нагревается до температуры самовоспламенения богатой смеси (коэффициент избытка воздуха внутри балки 0,5).

Воздушное охлаждение балки экспериментально не проверено. Для экспериментальной проверки возможности работы консольной балки с воздушным охлаждением можно зачеканить в стенку наружной трубы термопару, по которой убедиться в реальной возможности работы с воздушным охлаждением. На период проверки воздушное охлаждение может быть организовано с помощью временно установленного вентилятора. При положительном результате для охлаждения балки можнт быть использован вентилятор блочной горелки. При отрицательном результате с воздушным охлаждением, если температура стенки будет недопустимо высокой, можно вернуться к существующему водяному охлаждению.

Сравнение основных конструктивных характеристик рассмотренных балок в таблице 1.

Предпочтительным по простоте изготовления, металлоёмкости, прочности, потерям с охлаждающей водой и минимальному сопротивлению движению известняка в шахте является вариант с консольными балками, расположенными рассредоточено по высоте зоны максимальных температур в печи. (рис.3 и рис.4).

Ожидаемый экономический эффект

При замене существующих балок, на балки трубной конструкции, наиболее очевидным является экономический эффект от повышения коэффициента использования топлива за счёт:

• уменьшения потерь с охлаждающей водой, т.к. поверхность нагрева снижается не менее, чем в два раза. Это, порядка 5%.
• снижения химического недожога топлива, который может быть снижен также примерно на 5%.

При расходе в настоящее время топлива на одну печь, производительностью 200 т.извести в сутки, порядка 1500 м3/ч, стоимости природного газа 2тыс. руб./тыс. м3 и работе печи 8000 тыс. часов в год, ожидаемый экономический эффект от экономии топлива при замене балок на одной печи 1500·0.1·2·8000 = 2400 тыс.руб/год.

Аналогичный результат по ожидаемому экономическому эффекту получается при оценке его по удельному расходу топлива. Удельный расход условного топлива, при сжигании его в двух балочной печи производительностью 180 т/сутки, при раздельной подаче газа и воздуха - порядка 200 кг.у.т/т.извести

На шахтных частичным предварительным смешением газа и воздуха удельный расход газа не превышает 160 .. 170 кг.у.т./т.извести.

Оборудование одной печи балками предварительного смешения топлива и воздуха, работающей со средней производительностью 180 т/сутки в течении 300 суток в год, можно рассчитывать на экономию порядка: (200 – 170)·300·180 = 1620 000 кг.у.т/год, или 1434 тыс. м3 природного газа в год.

При цене природного газа 2000 руб/тыс.м3 ожидаемый годовой экономический эффект по одной печи 1434·2000 = 2 686 тыс. руб/год.

Таким образом, можно полагать, что затраты на изменение конструкции горелочных балок печи окупаются в течении года, даже если использовать дорогие современные блочные грелки с программным управлением.

Сравнение характеристик балок для шахтной печи 200т извести в сутки

Показатель	Существующая сварная балка	Трубная горизонтальная балка с нижним выводом топлива в печь	Трубная горизонтальная балка с верхним выводом топлива в печь	Трубная консольная балка
Металлоёмкость, т	4	1,2	1,7	2 х 0,6
Поверхность нагрева воды в балке, м²	11	5,3	3,4	2 х 2,5
Протяжённость сварных швов в зоне наружного нагрева балки, м	52	6,2	нет	2
Расчётный запас прочности на изгиб	5,4	1,5	1,5	7,3
Степень смешение газа и воздуха внутри балки, %	нет	50	50	50
Расчётные скорости внутри балки: газа, м/с воздуха, м/с смеси, м/с	2 1,4 -	- - 8	- - 8	- - 8
Расчётные скорости на выходе из балки (сопла, выпускное окно): газа, м/с воздуха, м/с смеси, м/с	20 51,6 -	- - 20	- - 20	- - 20
Затраты на изготовление балок для одной печи	Примерно одинаковы
Затраты на горелки, тыс.руб: ГМГ Блочные, с индивидуальными вентиляторами и программным управлением	-	- 4 х 45 4 х 400	- - 4 х 400	- - 4 х 400
Площадь горизонтального сечения печи, перекрываемая балками, м²	2,4	1,7	2,2	2 х 0,56

© 2023 ООО Научно-технический центр «Промышленная энергетика»
Любое воспроизведение материалов сайта без письменного согласия запрещено. Телефон: +7 (4932) 26-76-58, 30-14-88
E-Mail: info@ivpromenergo.ru