Тема: Технологические процессы при обжиге сырьевых смесей и получение портландцементного клинкера
Тема урока: Технологическое топливо и его подготовка
В цементной промышленности для обжига цементного клинкера, сушки сырья и добавок применяется твердое, жидкое и газообразное топливо.
Характеристика топлива
Характеристика топлива включает следующие показатели: химический состав, теплоту сгорания, расход воздуха на горение, выход продуктов горения, жаропроизводительность (теоретическую температуру горения) и содержание CO2+SO2 в сухих продуктах горения (RO2 max).
Твердое топливо
К основным видам твердого топлива, используемого в цементной промышленности, относятся каменные и бурые угли, горючие сланцы. В России преимущественно применяется каменный уголь, поэтому ниже приводятся данные именно по этому топливу. Для твердого топлива в зависимости от состава различают рабочую, сухую, горючую и органическую массы.
Характеристики состава твердого топлива
Каменный уголь – характеристика горючей массы:
1. содержание:
· углерод – 75…90%,
· водород – 4…6%,
· кислород – 2…15%,
· летучие – 10…50%,
· зольность – 13…22% (сухой массы),
· влажность – 5…15% (природной рабочей массы),
· RO2 max = 18,0…19,3%;
2. теплота сгорания = 31…35 МДж/кг;
3. жаропроизводительность = 2020…2120°С;
4. теоретический расход воздуха на 1 кут – 7,63 нм3;
5. выход продуктов горения на 1 кут – 7,92 нм3.
Жидкое топливо
В качестве жидкого топлива для вращающихся печей применяют в основном топочный мазут марок 40 и 100.
1. состав мазута:
· углерод – 86,1…86,3%,
· водород – 9,6…10,7%,
· сера – 0,5…3,5%,
· влажность – 0…2%,
· RO2 max – 15,9…16,2%;
2. теплота сгорания: М 40 – = 38,5…40,7 МДж/кг,
М 100 – = 38,3…40,3 МДж/кг;
3. жаропроизводительность = 1400…2000°С;
4. теоретический расход воздуха на 1 кут – 7,63 нм3;
5. выход продуктов горения на 1кут – 8,18 нм3;
6. температура застывания: М 40 < +10ºС, М 100 < +25ºС;
7. температура вспышки: М 40 > 90ºС, М 100 > 110ºС.
Газообразное топливо
В качестве газообразного топлива используется природный газ, который в основном состоит из метана и незначительного количества высокомолекулярных углеводородов.
Характеристика природного газа
1. содержание:
CH4 = 81,7…98,7%,
CnHm = 1,2…9,5%,
CO2 = 0,1…0,4%,
N2 = 0,5…8,5%,
RO2 max = 11,6…12,0%;
2. теплота сгорания:
= 36…38 МДж/нм3,
= 33…36 МДж/ст.м3;
2. жаропроизводительность = 2030…2040оС;
3. теоретический расход воздуха на 1 кут – 7,77 нм3;
4. выход продуктов горения на 1кут – 8,68 нм3.
Подготовка топлива
Топливо для сжигания во вращающейся печи требует определенной подготовки.
Твердое топливо
Во вращающейся печи осуществляется факельное сжигание топлива, поэтому твердое топливо предварительно подвергается сушке и помолу до порошкообразного состояния. Основным твердым топливом, используемым при обжиге клинкера во вращающейся печи, является каменный уголь, поэтому далее будут рассматриваться способы подготовки и сжигания именно пылеугольного топлива.
К форсуночному топливу предъявляются следующие требования:
· содержание летучих – ~ 15…30%;
· зольность – ≤ 30%;
· влажность – ~ 1…2%;
· остаток на сите №02 – R 02~1,5…2,0%; №008 – R 008~10…15%;
· теплота сгорания низшая – ≥ 21 МДж/кг.
Схемы подготовки форсуночного топлива
Подготовка топлива сводится к сушке и помолу угля. При высокой исходной влажности кусковой уголь может подвергаться предварительной сушке в сушильном барабане. Однако, как правило, в современных технологических схемах производится одновременная сушка и помол угля. При этом используются три принципиально различные схемы:
· объединенная с печью система, когда весь сушильный агент направляется в печь в качестве транспортирующего угольный порошок первичного воздуха
· разъединенная схема, когда используется индивидуальная независимая от печи сушильно-помольная система;
· систем прямого вдувания угольного порошка из быстродействующей мельницы в печь
Общим для всех схем является необходимость из-за взрывобезопасности поддержание температуры после мельницы для большинства углей до 70ºС. Только для тощих допускается 80ºС.
Рассмотрим особенности работы каждой схемы.
Объединенная с печью система. Особенность данной схемы заключается в следующем:
· в качестве сушильного агента используются газы из специальной топки или избыточный воздух из колосникового холодильника;
· газы из мельницы после частичной очистки в циклоне направляются вентилятором во вращающуюся печь в качестве первичного воздуха, вследствие чего не требуется дополнительное пылеулавливающее оборудование и отсутствует выброс угольной пыли газов в атмосферу, следовательно, она более экологична;
Объединенная с печью система подготовки угля
Разъединенная с печью система подготовки угля
Система прямого вдувания угольного порошка в печь
· завышенное, до 30%, количество холодного первичного воздуха взамен горячего вторичного, обусловленное большим объемом сушильного агента, приводит к перерасходу топлива и к нерациональному факелу.
Разъединенная схема возникла именно в связи с необходимостью устранения этих недостатков. Это стало особенно актуально с появлением горелок, позволяющих сжигать угольное топливо с небольшим, до 7%, количеством первичного воздуха и смеси различных топлив, в том числе и техногенных материалов.
Недостатком разъединенной схемы является необходимость установки дополнительного оборудования: электрофильтра, вентилятора, бункера, пневмотранспорта, трубы (на рис.2 выделено синим цветом). Это, естественно, приводит к дополнительным капитальным затратам и перерасходу электроэнергии. Однако экономия топлива и другие положительные моменты перекрывают эти недостатки, поэтому в настоящее время, в основном, применяется подобная схема.
Система прямого вдувания угольного порошка из мельницы в печь имеет предельно малое количество оборудования. Такая схема особенно эффективна при сушке угля невысокой влажности. Преимущества системы прямого вдувания, помимо обозначенных для первой схемы, заключаются в ее компактности, малом количестве оборудования, низких капитальных затратах и пониженном расходе электроэнергии. Недостатки те же, что и для первой схемы. Однако из-за значительного уменьшения суммарной длины газоходов и количества оборудования существенно уменьшается сопротивление системы, что позволяет значительно снизить объем сушильного агента и, соответственно, первичного воздуха.