способ комбинированного отопления промышленных печей (варианты)
Классы МПК: | F23C1/00 Устройства для сжигания, специально предназначенные для одновременного или попеременного сжигания двух или более различных видов топлива, из которых хотя бы один вид - жидкое, газообразное или пылевидное топливо |
Автор(ы): | Зуев Михаил Васильевич (RU), Ташкинов Виктор Александрович (RU), Карманов Олег Борисович (RU), Фотеев Владимир Варламович (RU), Засухин Анатолий Леонтьевич (RU), Ботвин Александр Симонович (RU), Пинигина Галина Анатольевна (RU), Лисиенко Владимир Георгиевич (RU), Сабирова Тамара Михайловна (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Северский трубный завод" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-05-02 публикация патента:
27.11.2007 |
Изобретение относится к области отопления высокотемпературных сталеплавильных печных агрегатов мартеновских, двухванных, дуговых электропечей и может быть применено для отражательных медеплавильных, стекловаренных и др. печей. Задачей предлагаемого изобретения является использование избыточного активного ила биологических очистных сооружений в топливной смеси с сохранением теплоотдачи от факела к ванне, интенсификации процессов теплообмена с нагреваемым и расплавляемым материалом. Технический результат решения поставленной задачи достигается тем, что по первому варианту в мазут одновременно с отработанным маслом или (по второму варианту) без него добавляется углеродисто-зольный материал - избыточный активный ил. Предлагаемый способ позволяет осуществить замену дорогостоящего мазута смесью отработанного масла с активным илом в количестве до 22% или активным илом в количестве до 12%. При этом не требуется сложной системы управления подготовкой топливной смеси, направленной на укрупнение капель жидкого топлива. Кроме того, решается и важная экологическая задача использования загрязняющих природу продуктов - отработанного прокатного масла и избыточного активного ила. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Формула изобретения
1. Способ комбинированного отопления промышленных печей, включающий подачу мазута к горелочным устройствам печей, отличающийся тем, что в мазут одновременно с отработанным маслом, доля которого в смеси не превышает 10%, дополнительно добавляется избыточный активный ил в количестве, не превышающем 12% смеси, и смесь мазута, масла и активного ила подвергается барботажному воздействию и диспергированию при температуре, требуемой для подачи мазута в горелочное устройство.
2. Способ комбинированного отопления промышленных печей, включающий подачу мазута к горелочным устройствам печей, отличающийся тем, что перед подачей в горелочное устройство мазут смешивается с активным илом в количестве 10-12% от смеси, и смесь мазута и активного ила подвергается барботажному воздействию и диспергированию при температуре, требуемой для подачи мазута в горелочное устройство.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области отопления высокотемпературных сталеплавильных печных агрегатов: мартеновских, двухванных, дуговых электропечей - и может быть применено для отражательных медеплавильных, стекловаренных и др. печей.
Известен способ сжигания жидкого и твердого мелкодисперсного топлива, используемый для отопления печей [1]. Этот способ заключается в том, что с целью увеличения производительности печей путем повышения светимости факела, мелкодисперсное топливо (уголь, кокс, графит, торф и т.д.) вводят в газообразный распылитель перед его взаимодействием с жидким топливом.
Недостатки этого способа следующие:
1. Сложные и громоздкие системы подготовки и ввода мелкодисперсного материала в газообразный распылитель не позволяют в некоторых случаях размещать их непосредственно перед горелочными устройствами, что снижает эффективность применения способа.
2. Стоимость некоторых мелкодисперсных добавок превышает стоимость основного топлива, используемого для отопления, а это приводит к удорожанию продукции.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ комбинированного масло-мазутного отопления [3]. В этом способе используется отработанное прокатное масло до 35% в смеси с мазутом, что позволяет утилизировать отработанное, неподлежащее регенерации масло и снизить затраты на выпускаемую продукцию.
Недостатком этого способа является то, что для увеличения степени черноты и теплоотдачи от факела при добавлении масла применяют сложную систему управления подготовкой топливной смеси, направленную на укрупнение капель жидкого топлива: температуру подогрева масло-мазутной смеси снижают на 3-5°С на каждые 10% подачи масла и расход распылителя снижают пропорционально доле масла в мазуте, что ведет к удорожанию эксплуатационных расходов и снижает надежность работы системы подготовки масло-мазутной смеси.
Задачей предлагаемого изобретения является использование избыточного активного ила биологических очистных сооружений в топливной смеси с сохранением теплоотдачи от факела к ванне, интенсификации процессов теплообмена с нагреваемым и расплавляемым материалом.
Технический результат решения поставленной задачи достигается тем, что в мазут одновременно с отработанным маслом или без него добавляется углеродисто-зольный материал - избыточный активный ил.
В настоящее время основной способ очистки городских и многих производственных сточных вод - биологический, он приводит к образованию огромного количества осадков, так называемого избыточного активного ила, содержащего в основном вещества коллоидной природы. В связи с высокой затратностью предварительной подготовки и обработки основное количество осадков сточных вод остается неиспользованным или используется весьма ограниченно. Существующие методы обработки осадков сточных вод обычно сводятся к уменьшению их объема за счет снижения содержания воды и улучшению их структуры. В составе сухого активного ила содержится до 80% органических веществ и до 20% минеральных [4].
Избыточный активный ил городских биологических очистных сооружений относится к числу многотоннажных и малоиспользуемых отходов. Вместе с тем, с точки зрения повышения светимости факела и увеличения теплоотдачи на ванну, этот материал обладает следующими преимуществами: в иле содержится как горючая масса до 70-75%, так и зольные частицы 25-30% [4]. При этом соотношение углерода и водорода составляет около 7-7,5, т.е. почти приближается к данному соотношению у мазута. При сгорании активного ила в факеле содержатся как энергоактивные (углерод, сажистые частицы), так и энергопассивные (зольные) частицы. Содержание энергопассивных частиц составляет 25-30%.
Известно, что энергоактивные частицы (мелкие, сажистые) увеличивают степень черноты факела по формуле [5]
Энергопассивные частицы (крупные, зольные) увеличивают рассеивающую способность факела и степень ослабления по формуле [5]
В формулах (1) и (2):
- степень черноты факела;
ф - степень ослабления факела;
n - коэффициент поглощения для сажистых частиц, 1/м;
n1 - коэффициент поглощения для зольных частиц, 1/м;
рас - коэффициент рассеивания для зольных частиц, 1/м;
с - коэффициент концентрации энергоактивных частиц, г/м3;
зол - коэффициент концентрации энергопассивных частиц, г/м3;
Sэф - эффективная длина луча факела, м;
с - плотность энергоактивных частиц, г/м;
см - плотность смешанных (энергоактивных и энергопассивных) частиц, г/м.
Как известно, для крупных (зольных) частиц доля поглощения составляет примерно 50% от суммы коэффициентов поглощения и рассеивания [5], т.е. в этом случае
Тогда степень черноты факела при использовании активного ила равна
Из формулы (4) следует, что степень черноты факела при использовании активного ила увеличивается по сравнению как с мазутом, так и с маслом за счет дополнительного излучения (с учетом коэффициента поглощения и концентрации) зольных частиц.
Известно, что при снижении теплоты сгорания топлива снижается температура горения и теплоотдача от факела [2]. Поэтому доля добавленного к мазуту активного ила определяется исходя из возможности увеличения степени черноты факела (при этом теплоотдача увеличивается) и с учетом одновременного снижения температуры горения (при этом теплоотдача уменьшается). Оценки с использованием формулы (4) и пирометрического коэффициента для температуры горения =0,85 дают следующий характер изменению теплоотдачи от факела (фиг.1). С увеличением доли в мазуте активного ила за счет одновременного излучения сажистых и зольных частиц активного ила теплоотдача от факела qC несколько увеличивается, однако за счет снижения температуры горения смеси теплоотдача q одновременно снижается. При этом суммарная теплоотдача q проходит через максимум в области 10-12% добавленного активного ила. Эта величина и принята в качестве максимальной доли добавленного активного ила к мазуту. Активный ил в указанных количествах может смешиваться с мазутом и без добавления масла, при этом теплоотдача от факела даже несколько увеличивается.
Перед подачей активного ила в смесительный бак производится его частичное обезвоживание, после чего частично обезвоженный ил подается питателями в смесительный бак, в который также подается мазут или отработанное масло с мазутом. Предварительное смешивание активного ила с мазутом и маслом дополнительно обеспечивается подачей в бак тангенциальных струй компрессорного воздуха, а более полное смешивание последующим диспергированием полученной смеси. Процесс перемешивания производится при температуре 70-100°С. Эту температуру требуется поддерживать у мазута и топливной смеси перед подачей ее в горелочное устройство.
На фиг.2 схематически представлена установка, с помощью которой реализуется предлагаемый способ. Она включает в себя:
1 - емкость с отработанным маслом;
2 - мазутный бак;
3 - дозатор подачи активного ила;
4 - бункер предварительного частичного обезвоживания активного ила;
5 - смеситель;
6 - диспергатор;
7 - горелочное устройство.
Установка работает следующим образом. Из бункера предварительного обезвоживания ила 4 с помощью дозатора 3 нужное количество ила подается в смесительный бак 5. В него же подается мазут 2 или мазут и отработанное масло 1 в требуемом соотношении: отработанного масла до 10%, активного ила до 12%, мазута до 80%. В смесителе 5 все компоненты перемешиваются при температуре, необходимой для прохождения мазута через горелочное устройство от 70 до 100°С в зависимости от вязкости мазута. При этой же температуре в диспергаторе 6 происходит более полное перемешивание компонентов топливной смеси и воды, которая присутствует во всех компонентах топливной смеси. Эта смесь поступает в горелочное устройство 7 печи.
Предлагаемый способ позволяет осуществить замену дорогостоящего мазута смесью отработанного масла с активным илом в количестве до 22% или активным илом в количестве до 12%. При этом не требуется сложной системы управления подготовкой топливной смеси, направленной на укрупнение капель жидкого топлива. Кроме того, решается и важная экологическая задача использования загрязняющих природу продуктов - отработанного прокатного масла и избыточного активного ила.
Испытания, проведенные на ОАО "Северский трубный завод", данного способа отопления промышленных печей подтвердили возможность его реализации при значительном экологическом эффекте за счет снижения доли мазута в смеси топлив и утилизации отработанного промышленного масла и избыточного активного ила - осадка биологических очистных сооружений городских и производственных сточных вод.
Источники информации
1. Авторское свидетельство SU №1388660 F23С 1/10/.
2. Лисиенко В.Г., Китаев Б.И., Кокарев Н.И. Усовершенствование методов сжигания природного газа в сталеплавильных печах. М.: Металлургия, 1977, 280 с.
3. Патент РФ №2229057 7F23 C1/100.
4. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. М.: Стройиздат, 1982, 256 с.
5. Блох А.Т. Теплообмен в топках паровых котлов. Л.: Энергоатомиздат, 1984, 240 с.
Класс F23C1/00 Устройства для сжигания, специально предназначенные для одновременного или попеременного сжигания двух или более различных видов топлива, из которых хотя бы один вид - жидкое, газообразное или пылевидное топливо