Вторичные энергоресурсы

Рассмотрим основные принципы использования газообразных горючих отбросных газов на примере сажевого производства. Технологическая схема получения сажи, необходимой для производства резины, представлена на рис. 4 [3]. вторичный энергоресурс газообразный металлургический

Сырье - масло специальных сортов подогревается в подогревателе и поступает в реактор с температурой ~300 С. Подогрев осуществляется за счет теплоты уходящих из реактора газов. В реакторе при температуре 1400 С происходит разложение сырья. Температура поддерживается за счет сжигания в камере сгорания природного газа либо дизельного топлива. В реакторе сжигание осуществляют при коэффициенте подачи топлива 0,25, т.е. ниже границы сажевыделения. Чтобы не происходило реагирование сажи с СО₂ и Н₂О при медленном охлаждении продуктов - осуществляют закалку продуктов реакции, впрыскивая воду и охлаждая газы до 700С. Воздух высокого давления, подаваемый на распыливание продукта, греют до 450 С, воздух низкого давления, подаваемый на сжигание газа, подогревают до 350 С. Температура газовзвеси после подогревателя сырья составляет 450 С. Перед рукавными фильтрами ее охлаждают до 250 за счет впрыска воды. На 1 кг углерода образуется от 40 до 60 м³ сажевых газов следующего состава: Н₂ = 78 %; СО = 67 %; СН₄ = 0,50,7 %; О₂ = 23 %; СО₂ = 2 %; N₂ = 40 %; Н₂О = 40 %. Теплота сгорания газов данного состава составляет 1,52,1 МДж/м³, т.е. находится на пределе устойчивости горения. Если сконденсировать влагу, т.е. охладить газовзвесь после рукавных фильтров до 5060 С, то теплота сгорания газов повысится в 1,542 раза, но при этом мелкодисперсная сажа попадет в сточные воды. Из каждого килограмма сырья (в том числе технологического топлива) в реакторе образуется 6,58,2 м³ сажегазовой смеси.

Рис. 4. Технологическая схема производства активных сортов углерода: 1 - теплообменник; 2 сырьевой насос; 3 - печь для подогрева сырья; 4 фильтр; 5 - реактор; 6 - подогреватель воздуха высокого давления; 7 подогреватель воздуха низкого давления; 8 - подогреватель сырья; 9 - холодильник-ороситель; 10 циклон; 11 - рукавные фильтры; 12 - котел-утилизатор; 13 - форсунка для подачи воды

Низкокалорийные газы сажевых производств сжигают в пакетно-конвективных котлах (ПКК), выпускаемых Белгородским заводом энергетического машиностроения (Б3ЭМ). Котлы имеют предтопок, в котором сажевый газ сжигается совместно с природным газом (либо мазутом). Воздух, поступающий на горелки, подогревают до 350 С. Для сжигания отбросных газов используют специальные горелки, обеспечивающие совместное сжигание отбросного и природного газов. Единичная мощность горелок по сажевому газу доведена до 7,5-9,3 МВт. Наибольшая мощность горелки с учетом сжигания резервного топлива составляет 17,3 МВт. Выгорание сажи составляет 99 % в пределах предтопка даже при содержании сажи до 3 г/м³. При снижении нагрузки температура в предтопке падает до 1000-1050 С и не обеспечивается выгорание сажи. Для полного выгорания сажи требуется обеспечить время пребывания частиц сажи в течение 1,5 с при температуре 1150-1200 С.

Теплота сгорания сажевого газа при известном его составе рассчитывается по выражению:

,МДж/м³.(1)

Количество природного газа, подаваемого в предтопок для обеспечения устойчивого горения, может быть рассчитано либо по заданной теплоте сгорания смеси сажевого и природного газа, либо по заданной температуре газов в предтопке.

С середины 70-х годов прошлого века в черной металлургии активно начали использоваться схемы оборотного водоснабжения. Техническая вода отстаивается в баках отстойника от масел и окалины и направляется вновь в систему технического водоснабжения. Отделенные в баках шламы имеют в различных отраслях промышленности самый разнообразный состав. На Верх-Исетском заводе состав шламов следующий: W^р = 80-85 %; А^р = 5-10 %; содержание горючих веществ Г^р = 10-15 %. Горючие это масла состав которых в горючем состоянии можно принять приближенно равным Н^г = 10 %; С^г = 90 %. Теплота сгорания шламов такого состава крайне низка и не может обеспечить устойчивого горения. Шламы на Верх-Исетском заводе подвергают огневому обезвреживанию в циклонных топках (рис.7), сжигая в них дополнительно природный газ. Температура в циклонной топке поддерживается на уровне 1100-1300 єС за счет сжигания в тангенциально расположенных горелках природного газа с расходом 400 м³/ч. Шлам с расходом 20 т/сут распыливается радиально расположенными механическими форсунками в циклонную топку. Продукты сгорания охлаждаются на выходе из топки до температуры 400 єС за счет впрыска воды через форсунки. Продукты сгорания очищаются от мелкодисперсной окалины в пенном газопромывателе и покидают его при температуре 70 єС. Для повышения температуры газов перед дымососом до 120 єС к ним подмешивается раскаленные продукты сгорания, отобранные из топки.

Целью расчета является определение необходимого расхода природного газа для обеспечения требуемой температуры в топке и объема циклонной топки. Теплоту сгорания шлама Q_ш и энтальпию продуктов сгорания шлама I_ш при требуемой температуре в топке и сжигании с коэффициентом избытка воздуха Ь = 1,3-1,5 рассчитывают по составу шлама, приведенному к рабочему состоянию. При известных значениях теплоты сгорания природного Q_г газа и энтальпии продуктов сгорания природного газа I_г ( при тех же t и Ь ) долю природного газа на единицу расхода шлама x =B_г/B_ш рассчитывают по выражению

.(7)

Тепловая мощность топки при известном расходе шлама B_ш определится как

.(8)

Тепловые напряжения зеркала горения принимаются при огневом обезвреживании шламов в диапазоне q_v = 0,5-0,7 МВт/м³, тогда объем топки определяется как V = N/q_v.

На Синарском трубном заводе (г. Каменск-Уральский) была внедрена более прогрессивная схема утилизации шламов (рис. 8). Шламы с фильтрпресса подаются во вращающуюся барабанную печь, высокая температура в которой поддерживается за счет сжигания природного газа в горелке, установленной на фронте печи. В печи выгорает масло и испаряется влага, окалина улавливается в инерционном пылеосадителе и направляется на грануляцию в тарельчатом грануляторе. Продукты сгорания охлаждают в котле-утилизаторе и направляют для очистки от мелкодисперсных примесей в скруббера Вентури. В данной схеме утилизации шламов кроме огневого обезвреживания дополнительно вырабатывается (в котле-утилизаторе) теплота и получают гранулы окалины, которые в дальнейшем отправляются на металлургические заводы.

На Ревдинском заводе обработки цветных металлов огневому обезвреживанию подвергаются шламы (рис. 9) с содержанием влаги W^р ~ 50 %. В циклонной топке 1 при температуре 1100-1200 єС сжигают поверхностное масло (масло, собранное с поверхности баков отстойников). Часть продуктов сгорания направляется во вращающуюся барабанную печь 2, в которую противотоком к продуктам сгорания подаются шламы. За счет контакта с раскаленными продуктами происходит испарение влаги и масла. Пары масла, влаги и рециркулирующие продукты сгорания отсасываются воздушным эжектором 4 из барабанной печи и подаются вместе с подогретым воздухом через горелку в циклонную топку. Другая часть продуктов сгорания последовательно поступает в радиационный 5, а затем в рекуперативный 6 воздухоподогреватели (ВЗП). В радиационном ВЗП подогревают воздух, поступающий в горелки, в рекуперативном ВЗП подогревают воздух для системы воздушного отопления цеха. Требуемые температуры перед радиационным (700 єС) и рекуперативным ВЗП (400 єС) обеспечиваются за счет подмеса к продуктам сгорания холодного воздуха.

Рис. 7. Схема огневого обезвреживания шламов на Верх-Исетском заводе: 1 - циклонная топка; 2 - газовые горелки; 3 - форсунки для распыливания шламов; 4 - пережим; 5 - форсунки для распыливания воды; 6 - бункер для сбора шлака; 7 - газоход; 8 - пенный газопромыватель; 9 - регулирующий шибер; 10 - каплеуловитель; 11 - дымосос; 12 - линия подмеса раскаленных продуктов сгорания

Рис. 8. Схема огневого обезвреживания шламов на Синарском трубном заводе: 1 - фильтр-пресс; 2 - барабанная печь; 3 - горелка; 4 - инерционный пылеуловитель; 5 - тарельчатый гранулятор; 6 - котел-утилизатор; 7 - скруббер; 8 - дымосос

Рис. 9. Схема огневого обезвреживания шламов на Ревдинском заводе ОЦМ: 1 топка; 2 - барабанная печь; 3 - горелки для сжигания поверхностного масла; 4 - эжектор; 5 - радиационный воздухоподогреватель; 6 - рекуперативный воздухоподогреватель; 7 - вентилятор; 8 - дымосос

Размещено на Allbest.ru