Способ комбинированного масло-мазутного отопления сталеплавильных печей

 

Изобретение относится к отоплению высокотемпературных сталеплавильных агрегатов: мартеновских, двухванных, стекловаренных и других плавильных печей. Способ комбинированного масло - мазутного отопления печей позволяет использовать отработанное масло до 35% в смеси с мазутом. Причем в зависимости от доли масла для поддержания требуемой температуры факела изменяется температура подогрева топливной смеси с одновременным перераспределением распылителя топливной смеси между основным горелочным устройством и боковыми фурмами. В случае достижения установленных пределов по температуре печи и отдельных ее элементов предусмотрено отключение подачи масло-мазутной топливной смеси и переход на отопление агрегата чистым мазутом. Способ позволяет утилизировать отработанное, неподлежащее регенерации масло и снизить затраты на выпускаемую продукцию. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области высокотемпературных сталеплавильных печных агрегатов: мартеновских, двухванных, дуговых электропечей, и может быть применено для стекловаренных и др. плавильных печей.

Известны способы комбинированного отопления сталеплавильных печей [1]. При этом использовалось газообразное топливо, например, природный газ, а в качестве добавочного топлива - карбюризатора применялся мазут, содержащий высокомолекулярные соединения типа асфальтенов и тяжелой ароматики. Использование мазута, благодаря соединению в нем высокомолекулярных соединений, обеспечивает выделение в процессе горения топлива сажистого углерода, что дает увеличение светимости факела и, как следствие, увеличение теплоотдачи и интенсификацию физико-химических процессов. Однако при этом расход мазута требуется поддерживать на достаточно высоком уровне до 30-40% по теплу, что значительно повышает себестоимость продукции из-за высокой стоимости мазута. Кроме того, содержащаяся в мазуте сера (до 1% даже в малосернистых мазутах и до 3% в сернистых) приводит к насыщению металла серой, что ухудшает его качество, и также вызывает коррозию оборудования и увеличение экологически вредных выбросов оксидов серы в атмосферу.

Известен также способ добавки к мазуту отработанных прокатно-смазочных масел (отработанных нефтепродуктов) [2]. При этом достигается цель уменьшения доли дорогостоящего мазута, уменьшения содержания серы в продуктах сгорания, снижения загрязнения окружающей среды. Однако в условиях высокотемпературных сталеплавильных печей добавление отработанного масла к мазуту приводит к снижению степени черноты (светимости) факела и, как следствие, к уменьшению теплоотдачи к плавильной ванне. Отношение содержания углерода к водороду С/Н в масле меньше, чем у мазута (соответственно 6,55 и 8,3), и это как раз и приводит, как известно [1] (см. фиг.1), к уменьшению степени черноты (светимости) факела.

Таким образом, известны топливные композиции и способы отопления, при которых в мазут добавляется отработанное масло. Однако в условиях высокотемпературных сталеплавильных печей добавка масла к мазуту приводит к снижению отношения С/Н в комбинированном топливе, соответствующем снижению степени черноты факела и теплоотдачи от факела, что приводит к потере производительности печи, повышению температуры отходящих газов и перегреву насадок регенераторов.

Техническим решением предлагаемого изобретения является увеличение теплоотдачи от факела к ванне и интенсификация процессов теплообмена с нагреваемым и расплавляемым металлом при добавлении в мазут отработанного масла. Указанная цель достигается тем, что при добавлении масла в мазут используется укрупнение капель распыленного топлива, что приводит к увеличению степени черноты факела в случае снижения отношения С/Н и уменьшения удельной массы топлива.

На фиг.2 кривая 1 представляет зависимость излучения от факела жидкого топлива qϕ для тяжелого топлива, кривая 2 - для более легкого жидкого топлива (с меньшей величиной отношения С/Н). Как видим, кривые радиации от факела имеют явно выраженный экстремальный характер с максимумом излучения, при некотором оптимальном диаметре капли . Для более легкого топлива кривая радиации факела смещается вправо и требуется больший оптимальный размер капли для получения максимума теплоотдачи от факела.

Для укрупнения капель распыленного топлива в случае добавления отработанного масла при данном способе применяются следующие комбинированные приемы.

При добавлении масла в мазут, вследствие значительно меньшей вязкости масла по сравнению с вязкостью мазута вязкость смеси снижается, что приводит к снижению крупности распыливания топлива.

Вязкость мазута при 80°С 5-10 BУ (35-80 сСт), вязкость масла при 80°С 2ВУ (13 сСт).

При добавлении масла в мазут вязкость смеси изменяется по соотношению:

где х - доля масла в мазуте;

V_маз и V_мас - кинематическая вязкость мазута и масла, соответственно.

При добавлении масла в мазут вязкость смеси снижается. В данном способе для увеличения вязкости смеси применено снижение температуры ее подогрева перед горелочным устройством. При этом в соответствии с графиком (фиг.1). Доля масла в мазуте не должна превышать 35%, так как при большей доле масла начинается резкое снижение степени черноты факела.

Для поддержания вязкости смеси на уровне вязкости чистого мазута снижение вязкости смеси требует снижения температуры подогрева смеси на 3-5°С на каждые 10% добавки масла в мазут. Так при доле масла 35% требуемое снижение температуры подогрева смеси составляет 10,5-17,5°С.

При этом вязкость смеси по сравнению с вязкостью мазута не изменяется, что обеспечивает и его нормальное транспортирование при одновременном сохранении крупности распыливания. Дальнейшее укрупнение капель распыленного топлива достигается снижением доли распылителя на основную форсунку и переносом его подачи в виде боковых струй. При этом достигается увеличение крупности распыливания и светимости факела при сохранении его длины [1]. Так как возможная наибольшая потеря светимости факела при снижении отношения С/Н наблюдается при наибольшем разогреве сталеплавильной печи (в период конца доводки), то в данном способе предусматривается подключение к горелочному устройству двух емкостей с жидким топливом: в одном баке находится смесь мазута с маслом, в другом - обычный мазут. В случае, если средства по укрупнению капли топлива окажутся недостаточными и температуры верха регенеративных насадок и свода печи начнут превышать допустимые, пределы соответственно 1350°С и 1720°С, то происходит переключение подачи топлива на бак с чистым мазутом с одновременной отсечкой бака со смешанным топливом.

При этом обеспечивается восстановление (повышение) температуры подогрева топлива в норме для обычного мазута и перераспределение расхода распылителя между основным горелочным устройством и боковыми струями с увеличением подачи распылителя через основное горелочное устройство.

Предлагаемый способ реализуется с помощью установки, представленной на фиг.3. Оно включает в себя следующие элементы: отстойник - накопитель 1, отстоявшееся отработанное масло 2, осадок окалины 3, дозатор масла 4, насос для подачи масла 5, питательный бак смеси отработанного масла и мазута 6, насос подачи смеси 7 к горелочному устройству, бак чистого мазута 8, насос для подачи мазута 9 к горелочному устройству, переключающие краны 10 и 11, соответственно для масла и мазута, подогреватель топлива 12, регулировочный кран подачи пара 14 в подогреватель, датчик температуры подогрева топлива 15, регулятор температуры топлива 16, горелочное устройство 18, трубопровод распылителя 19, рабочее пространство сталеплавильной печи 20, регулировочные краны 21, 22 подачи распылителя на боковые фурмы 24 и основное горелочное устройство 18, регулятор соотношения расходов распылителя на основное горелочное устройство и боковые фурмы 23, датчик температуры свода печи 25, датчик температуры верха насадок регенераторов 26, регулятор подачи смеси мазут-масло и чистый мазут 27, ручные задатчики 28 регуляторов 16, 23 и 27, регенераторы 29.

Устройство работает следующим образом.

В отстойнике-накопителе 1 происходит разделение масла 2 и осаждение окалины 3. Отработанное масло через дозатор 4 подается насосом 5 в бак смеси отработанного масла и мазута 6 в соотношении до 35% масла в смеси с мазутом. Далее насосом 7 смесь масла и мазута через отсечной кран 10 подается в подогреватель топлива 12, в который по паропроводу 13 подается пар через регулировочный кран 14. Далее смесь по трубопроводу 17 подается в горелочное устройство 18, в которое по трубопроводу 19 также поступает распылитель жидкого топлива. Температура смеси масло-мазут контролируется датчиком 15. Сигнал от датчика 15 поступает в регулятор температуры 16, на который также подается сигнал от дозатора подачи масла в мазут 4. Регулятор 16 обеспечивает снижение температуры подогрева смеси масла с мазутом с помощью крана 14 подачей пара из расчета 3-5°С на каждые 10% содержания масла в мазуте. При этом обеспечивается стабилизация крупности распыливания топлива при подаче масла в мазут и снижении вязкости топлива. Одновременно сигнал от дозатора 4 поступает на регулятор соотношения расхода распылителя на основное горелочное устройство 18 и боковые фурмы 24, увеличивая в случае подачи масла расход распылителя через боковые фурмы и уменьшая его расход на основное горелочное устройство. Тем самым обеспечивается укрупнение распыливания топлива в случае подачи смеси масла с мазутом по сравнению с подачей чистого мазута.

В случае превышения температуры свода рабочего пространства печи 20 или температуры верха насадок регенераторов 29 выше допустимых пределов (1720°С и 1350°С), соответствующие датчики температур 25 и 26 подают сигнал на регулятор 27, который отсекает краном 10 подачу смеси масло-мазут и открывает краном 11 подачу мазута в горелочное устройство печи 18. При этом также подается сигнал на дозатор 4, перекрывающий подачу масла, что в свою очередь через регулятор температуры 16 приведет к повышению температуры подогрева мазута и через регулятор 23 к увеличению подачи распылителя на основное горелочное устройство 18. Таким образом, при подаче чистого мазута восстанавливается (снижается) крупность распыливания топлива.

Кроме автоматического регулирования работы установки предусмотрено и ручное регулирование температуры подогрева топлива через задатчики 28, перераспределение распылителя между основным горелочным устройством и боковыми фурмами, переключения подачи смеси на чистый мазут и обратно.

Данные испытаний предлагаемого способа на мартеновских 250 - тонных печах Северского трубного завода приведены в таблице.

Как видим после содержания масла в мазуте более 10%, температура факела снижается, но это обстоятельство имеет место без проведения мероприятий по укрупнению капель. Укрупнение капель распыленного топлива по предлагаемому способу позволяет удерживать температуру факела практически на уровне, соответствующему чистому мазуту, до 35% содержания масла в мазуте.

Список литературы

1. Лисиенко В.Г, Китаев Б.И., Кокарев Н.И. Усовершенствование методов сжигания природного газа в сталеплавильных печах. М.: Металлургия, 1977, 280 с.

2. Иванов Б.В., Конторович Б.В. Топливные эмульсии и суспензии. М.: Металлургиздат, 1963.

3. Витман Л.А., Кацнельсон Б.Д., Палеев И.И. Распыливание жидкости форсунками. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1962, 264 с.

4. Карабин А.И., Раменская B.C., Энно И.К. Сжигание жидкого топлива в промышленных установках. М.: Металлургия, 1966, 371 с.

Формула изобретения

Способ комбинированного масло-мазутного отопления сталеплавильных печей, включающий подачу мазута к горелочным устройствам печей и смешивание его с отработанным маслом перед подачей в горелочное устройство, отличающийся тем, что доля отработанного масла в смеси с мазутом не превышает 35%, при этом температуру подогрева масло-мазутной смеси снижают на 3-5°С на каждые 10% подачи масла и расход распылителя на основное горелочное устройство снижают пропорционально доле масла в мазуте с переносом этой сниженной части распылителя на боковые фурмы горелочного устройства, а в случае перегрева свода или верха насадок регенераторов печей свыше установленных технологической инструкцией пределов осуществляют отключение подачи смешанного топлива и включение подачи к горелочному устройству чистого мазута.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2