СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО ОТОПЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК F23C1/00 

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 α_φ по формуле [5]

В формулах (1) и (2):

ε_φ - степень черноты факела;

α_ф - степень ослабления факела;

κ_n - коэффициент поглощения для сажистых частиц, 1/м;

κ_n1 - коэффициент поглощения для зольных частиц, 1/м;

κ_рас - коэффициент рассеивания для зольных частиц, 1/м;

μ_с - коэффициент концентрации энергоактивных частиц, г/м³;

μ_зол - коэффициент концентрации энергопассивных частиц, г/м³;

S_эф - эффективная длина луча факела, м;

ρ_с - плотность энергоактивных частиц, г/м;

ρ_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 η_τ=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 q_C несколько увеличивается, однако за счет снижения температуры горения смеси теплоотдача q_τ одновременно снижается. При этом суммарная теплоотдача q_Σ 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.

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.

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.