топлива при обжиге клинкера

Физическая сущность зависимостей Эйгена

Физическая сущность положений Эйгена вытекает из необходимости обеспечения заданного теплообмена между газовым потоком и материалом. В факельном пространстве лучистый теплообмен определяется уравнением Стефана–Больцмана с дополнениями Блоха (16.5).

(16.5)

Теплообмен зависит от температуры факела и температуры материала в 4-ой степени, поэтому при небольшом изменении этих параметров значительно изменится теплообмен. Следовательно, для обеспечения заданного теплообмена необходимо поддерживать стабильную температуру факела, которая выражается уравнением

(16.6)

где – теплота сгорания топлива, – теплосодержание вторичного воздуха, – теплоотдача от факела, и – объем и теплоемкость продуктов горения.

Рассмотрим ситуацию при = 6000, = 1000 и = 1600 кДж; = 2 м³ и = 1,5 кДж/(м³·К):

Если при таких условиях теплосодержание вторичного воздуха уменьшить на Δ = 200 кДж и восполнить недостающее тепло топливом Δ = 200 кДж (данные изменения ниже в расчетах выделены красным цветом), то на его сгорание потребуется дополнительное количество воздуха. Это приведет к увеличению объема продуктов горения,т.е. знаменателя в уравнении на Δ V _пг=0,067м³ и, следовательно, снизится температура факела до t _ф ≈ 1740ºС:

При таких условиях коэффициент теплопотерь был бы равен единице, но не обеспечивалась требуемая температура факела:

Только при увеличении Δ до 2000 кДж, т.е. на величину в 10 раз превышающую потери тепла с воздухом Δ = 200 кДж можно получить исходную температуру:

Тогда теоретическое значение коэффициента теплопотерь будет

Таким образом, физическая сущность установленной зависимости об особой ценности высокотемпературного тепла заключается в необходимости обеспечения заданной температуры факела. Если вместо горячего подавать холодный воздух, то, чтобы получить заданную температуру факела, необходимо многократно увеличить расход топлива.

Влияние подсосов холодного воздуха на расход

топлива при обжиге клинкера

Рассмотрим пример влияния подсосов холодного воздуха в горячей части печи на теплообмен. Холодный воздух, снижая температуру факела, значительно, согласно уравнению 16.5, уменьшает теплообмен в печи. Поэтому, когда в горячей части печи большие подсосы воздуха или низкий КПД холодильника, то для того, чтобы нагреть этот воздух до требуемой температуры необходимо подать топливо, из которого ~ 10% обеспечивает теплообмен, а ~ 90% расходуется на нагрев холодного воздуха.

Ниже приведен пример влияния подсосов холодного воздуха для условий, когда зазор между печью диаметром 5 м и уплотнением составляет около 50 мм, и суммарная площадь всех отверстий равна Σ S ≈ 1 м² (рис.16.4).

Рис.16.4. Наиболее распространенные подсосы холодного воздуха в горячей части печи

Величина подсосов зависит не только от неплотности головки печи, но и от разрежения в ней и рассчитывается по нижеприведенным уравнениям.

; ,

где – разрежение в головке печи; – коэффициент сопротивления для отверстий; – скорость воздуха в отверстиях; – плотность окружающего воздуха.

Тогда объем подсосов холодного воздуха будет

и, следовательно, пропорционален

Ниже приводятся результаты расчетов при различном разрежении в головке печи (табл. 16.3)

Таблица 16.3

Влияние подсосов холодного воздуха в головке печи

на температуру факела и теплообмен

						Qл	Qл
Па (кг/м2)	тыс. м3/ч	%	оС	кВт/м2
0	0	0	470	0	1800	0	188	0	0
20 (2)	23	19	395	75	1750	50	162	26	14
40 (4)	33	27	360	110	1725	75	150	38	20
70 (7)	43	36	320	150	1700	100	138	50	27
100 (10)	52	43	285	185	1680	120	128	60	32

При нулевом разрежении в головке печи температура суммарного воздуха, поступающего на горение, равна 470ºС, при увеличении разрежения в головке печи до 20; 40; 70; 100 Па температура воздуха снизится соответственно до 395, 360, 320 и 285ºС. При снижении температуры воздуха на 110ºС температура факела снизится с 1800 до 1725ºС на 75ºС или всего 4%. Однако, согласно уравнению 16.5 лучистый теплообмен зависит от температуры факела в 4-ой степени, и, следовательно, уменьшится с 188 до 150 кВт/м², т.е. на ~ 20%, и на эту же величину возрастет расход топлива, или снизится производительность печи.

Таким образом, важнейшее влияние на работу печи оказывает работа холодильника, несмотря на то, что в нем теряется всего 5% тепла. Способы повышения эффективности работы холодильника приведены ранее в разделе 12.

Расход тепла в горячей части печи можно дополнительно снизить следующими мероприятиями:

1) сокращением теплопотерь через корпус путем создания защитной обмазки на футеровке в зоне спекания;

2) рациональным сжиганием топлива с обеспечением интенсивного теплообмена и, следовательно, снижающего перенос тепла из ГТС в ПТС;

3) уменьшением теплоты клинкерообразования изменением состава сырьевой смеси, в частности применением техногенных материалов.

Все вышеприведенные способы рассмотрены в соответствующих разделах лекций.