28.04.20р "Теплова робота мартенівської печі"

Конспек лекцій за 28.04.2020 р

МОДУЛЬ 4.5.1. « Теплова робота мартенівської печі.  Види                                                                                                                                                                               палива , організація факела полум’я

робочому просторі печі»

Мета :       дати поняття студентам про теплову роботу

                                                                мартенівських печей

ХІД ЗАНЯТТЯ

     1.Організаційна частина

            1.2.Перевірка готовності аудиторії до уроку

            1.3.Повідомлення модуля , мети і ходу уроку

    

            3.Пояснення нового матеріалу

             

                 Важливими характеристиками палива любого виду являються : хімічний склад, теплота згорання,температура горіння , температура згорання і характер змін, що проходять з паливом в процесі нагрівання.

Хімічний склад палива – паливо усіх видів ( тверде, рідке, газоподібне) – це речовини органічного походження , що складаються із елементів, що властиві цим речовинам: вуглецю С, водню Н, кисню О, азоту N. Крім цих елементів, до складу палива входять небажані домішки : сірка S, зола А ( для твердого виду палива), волога W. Усі вказані елементи знаходяться між собою в хімічних сполуках і утворюють одне органічне ціле, за виключенням деякої кількості вологи і мінеральних домішок.

     Вуглець, водень і частково сірка складають горючу частину палива. Азот, волога, зола небажані в паливі , вони утворюють його баласт, так як вимагають витрат тепла на свій нагрів. Зола А являє собою негорючу механічну суміш, що складається із SіО₂,Аl₂О₃, СаО,МgO,Nа₂О,К₂О,Fe₂О₃ та інших оксидів.

     Газоподібне паливо являє собою суміш горючих і негорючих газів.До складу газоподібного палива входить також деяка кількість водяних парів,пилу. Склад газоподібного палива вказується частіше всього для сухого газу в процентах по об’єму. В горючу частину газоподібного палива входить: оксид вуглецю СО, водень Н, метан СН₄, важкі вуглеводні С_mH_n, сірководень Н₂S. Баластом газоподібного палива являються СО₂ і N₂.

     З хімічним складом палива тісно пов’язана теплота згорання. Теплота згорання – це кількість тепла, яка вивільняється при повному згоранні 1 кг твердого, рідкого або 1м³ газоподібного палива (кДж/кг, кДж/м³, кДж/моль). Розрізняють вищу ( Qв) і нижчу (Qн) теплоту згорання.Вища теплота згорання відповідає умові, що водяний пар, що утворюється при горінні палива, доводиться до рідкого стану при 273К.

     Нижча теплота згорання відповідає умові, що водяний пар, що міститься в продуктах згорання охолоджений з 373 до 293К.

      Температура горіння палива – це температура , яка набувається продуктами згорання в результаті надання їм теплоти, що утворюється при спалюванні палива.

      Теоретична температура горіння (Т_теор,К) визначається з урахуванням дисоціації продуктів згорання , так як при високих температурах СО₂ і Н₂О, що знаходяться в газоподібному стані дисоціюють. В результаті дисоціації змінюється об’єм і зменшується кількість тепла, що вивільняється, так як в процесі дисоціації поглинається тепло:

Т_теор=(Q_н-q_дис)/(V_п.з.×с_п.з.),

Де Q_н- нижча теплота згорання палива, кДж/м³; q_дис -  тепло,що витрачається  на процес дисоціації; V_п.з.- питомий об’єм продуктів згорання одиниці палива кг; с_п.з- питома теплоємкість продуктів згорання, кДж/(м³·К)

     Калориметрична температура визначається із умови, що усе тепло, що вивільнилося при згоранні витрачається тільки на підвищення тоемператури продуктів згорання:

Т_к= Q_н /(V_п.з.×с_п.з.),

 При наявності підігрітого повітря ( або палива)

 Т_к = (Q_н + Q_фіз)/ (V_п.з.×с_п.з.)

 Де Q_фіз – фізичне тепло підігріву повітря і палива.

      Із наведених формул виходить, що теоретична і калориметрична температури горіння палива тимвище, чим вища теплота згорання палива або вище підігріті повітря і паливо і чим менше буде об’єм продуктів згорання. Черезмірне збільшення температури факела ( ˃2000⁰С) приводить до збільшення ступеню дисоціації водяної пари і оксиду вуглецю, що приводить до зменшення теоретичної температури горіння.

     Так як в робочому просторі мартенівських печей фізичне і хімічне тепло палива і повітря йде не тільки на підвищення температури продуктів згорання, але і витрачається на нагрів шлаку, металу, футеровки печей, а також втрачається в навколишнє середовище,то дійсна температура горіння палива в печі буде менше калориметричної і теоретичної:

Т_д= М·Т_к

Де М – пірометричний коефіцієнт, що залежить від втрат тепла, значення якого коливається в межах 0,65 – 0,82.

     Процес горіння палива являє собою складний фізико – хімічний процес сполучення горючих елементів палива з киснем повітря. Горіння супроводжується вивільненням великої кількості тепла. Однак для настання горіння необхідно, щоб частинки повітря і палива були нагріті до температури, що називається температурою загорання. Для більшості газів температура загорання коливається між 823 – 873 К.Гази N₂ і СО₂ підвищують температуру загорання газової суміші.

     Температура хлопка характерна для рідких видів палива і коливається в межах 773 – 973К.Рідке паливо загорається в пароподібному стані. Температурою хлопка називають температуру, до якої повинно бути нагріте рідке паливо, щоб суміш парів палива з повітрям ( при піднесенні до неї полум’я ) загоралася з легким вибухом . Температура хлопка нижче температури загорання.

Теплоспалюючі пристрої.

Теплоспалюючі пристрої призначені для введення палива в піч, підготовки його до спалювання і організації жорсткого ( володіючого високою швидкістю), настильного і такого, що світиться факела полум’я.

      На триканальних печах природний газ під тиском 0,3 – 0,4 МПа в кількості 60 – 70% від загальної витрати подається через охолоджувальну фурму діаметром  76 мм, встановлену в торці кесона. Інші 30 – 40 5 газу подають через водоохолоджувальну фурму діаметром 250 – 300 мм в газовий вертикальний канал. Фурми розміщуються по висоті таким чином, щоб газ із верхньої фурми ежектував газ із нижньої. В газовий вертикальний канал подається додаткове повітря, яке проходить по газовому тракту, підігрівається в насадці регенератора. У вертикальному каналі відбувається самокарбюризація природного газу з виділенням частинок сажистого вуглецю. Факел отримується жорсткий, доброго свічення. При такому варіанті опалення паливу не потрібні добавки мазута. На деяких заводахпри використанні природного газу в мартенівських печах використовуються пальникові пристрої з попередньою термопідготовкою палива в реформаторах. В бочку реформатора надходить 500м³/год природного газу, тангенціально до нього турбінне повітря, зверху   ( назустріч потоку) – мазут і компресорне повітря для його розпилення. Крім того, безпосередньо в сопло пальника надходить необхідна кількість природного газу, який може ежектувати і коксовий газ. Такі пальникові пристрої дозволяють використовувати усі види палива. Основне призначення реформатора – самокарбюризація природного газу для отримання факела високої світимості і жорсткості.

     Комбінований паливно- кисневий пальник, в лобовій частині має кільцеву, таку що розширюється в обидві сторони  в напрямку до виходу в форкамеру. Співвідношення окислювач – газ у форкамері  підтримується в межах 1,6 – 1,8. Процес горіння починається в середині форкамери , і на виході із неї утворюється суцільний кільцевий високотемпературний факел, в якому відсутня  низькотемпературна початкова дільниця. У водоохолоджувальний кожух пальника введені труби для подачі в факел кисню і повітря. По осі пальника вмонтований резервний мазутний пальник. Такий пальник значно скорочує витрату кисню в факел під час завалки.

     Газомазутні пальники по конструкції можуть бути розбиті на дві групи:

     Пальники з одноступінчатим розпиленням. Мазутна форсунка обладнана соплом Лаваля для отримання зверхзвукової швидкості витіку розпилювача. Природний газ подається через конічне сопло з циліндричною насадкою. Такі пальники використовують при малих тисках газу і невеликих витратах мазута;

      Пальники із двоступінчатим розпиленням мазутана виході. Розпилювання мазута в 1 ступені здійснюється парою або компресорним повітрям, а в 11 ступені – природним газом. Сопла для обох розпилювачів виконані у вигляді сопел Лаваля. При інтенсифікації процесу горіння палива киснем газо – мазутний пальник обладнують додатковим соплом, при цьому кисень подається під струмінь паливної суміші, що дозволяє збільшити температуру і окислювальну здатність факела.

      На печах великої місткості використовують форсунки з двоступінчатим розпиленням мазута, що дозволяє в широких межах регулювати довжину факела по періодам плавки шляхом зміни витрат розпилювача по ступіням без погіршення якості розпилення.

     Під організацією факела полум’я розуміють: його температуру, світимість, напрямленність, довжину, форму, забезпеченність повноти спалювання в робочому просторі печі.

     Температура горіння палива, а тому і температура факела виражається калориметричною температурою горіння.

     Тому, для підвищення Т_к необхідно, щоб паливо було висококалорійним; щоб достатньо були нагріті газ і повітря в регенараторах; щоб менший був об’єм продуктів згорання, тобто проходила повнота згорання палива при мінімальному надлишку повітря, що можна досягнути при нормальному ущільненні кладки печі і заміні частини повітря киснем.

     Велике значення для організації факела полум’я має збагачення його киснем. Інтенсифікація горіння палива киснем значно підвищує температуру факела і зменшує його довжину. Заміна частина повітря для горіння палива киснем у співвідношенні 5 : 1 дозволяє зменшити об’єм продуктів згорання в результаті зниження вмісту в них баластового азоту. Зменшення кількості продуктів згорання сказується негативно на фізичному теплі газу і повітря, тобто на нагріві повітря або повітря і газу в реганераторах мартенівських печей. Однак позитивна роль зменшення об’єму продуктів згорання переважає над негативною ( зменшення Q_ФІЗ).Використання кисню дозволяє підвищити теплове навантаження печі при зміненому об’ємі продуктів згорання , що сприяє підвищенню продуктивності печей.

     Ступінь збагачення повітря киснем складає 25 – 30%. При підвищенні збагачення повітря киснем ˃ 30% розвивається висока температура, внаслідок чого триатомні гази СО₂  і Н₂О, що є завжди в продуктах згорання в атмосфері мартенівських печей, дисоціюють на Н₂, О₂, СО з поглинанням тепла, що приводить до зменшення теоретичної температури горіння палива, а тому, і до зменшення температури факела.

     Початок, «корінь», факела полум’я, збагаченого киснем випромінює тепло значно інтенсивніше,ніж звичайний факел. Такий факел швидше і повніше віддає тепло ванні і вогнетривкій кладці печей, а продукти згорання покидають робочий простір з більш низькою температурою, що сприяє підвищенню коефіцієнту використання тепла ( КВТ) і коефіцієнта корисної дії (ККД) з робочого простору, продуктивності печей і зниженню питомої витрати палива. З метою підвищення потужності факела в нього (наряду з киснем) вводять комперсорне повітря під тиском 0,5 – 0,6 МПа.

     Форма,довжина, направленність факела в значному ступені залежать від геометричних розмірів головок печей ( висоти повітряних перевалів, висоти лещаді газового кесона, кута лещаді, довжини форкамери, величини площини перерізу газового і полум’яного вікон, кута нахилу пальника і зведення головки).

     На одноканальних печах на настильність і напрямленність факела впливає вірна установка пальників. Газо – мазутні пальники встановлюють під кутом 13- 16⁰ до горизонталі, кінець сопла пальників встановлюється на відстані ¹/₂ – ²/₃ довжини вертикального канала, рахуючи від торцевої стінки. Довжина форкамери ( відстань від пережиму зведення до кінця сопла пальника) складає 2,3 – 2,7 м. Висота повітряного перевалу над рівнем порогів садочних вікон 1200 – 1300мм. Кут нахилу зведення головок 25⁰. При продувці ванни киснем висота перевалу збільшується до 1400 – 1500 мм.

     На форму факела впливає і сама конструкція пальникових пристроїв. При високому факелі погіршується його контакт з ванною, перегрівається зведення печі; сльно розплющений факел перегрівається стінки печей. Під впливом холодного повітря , що надходить в піч через завалочні вікна, факел відхиляється до задньої стінки. Утворення бугрів у повітряних перевалах приводить до відхилення факела на зведення, а заростання їх – до розбивання об них факела.

Письмово відповісти на такі питання:

            4.1.З яких складових складається паливо?

     4.2.Дати характерстику газоподібному паливу.

     4.3.Що називається температурою горіння палива?

     4.4.Як визначається теоретична температура горіння палива?

            4.5. Як визначається калориметрична температура горіння палива?

            4.6.Як визначається температура хлопка?

            4.7.Для чого призначені теплоспалюючі пристрої?

            4.8. Дати характеристику пальникам.

            4.9.Для чого повітря збагачують киснем?