Басниев К.С. Энциклопедия газовой промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

точно часто используются тигельные печи с

горш-

ком

из материалов на базе графита (графит и

глина,

или графит и карборунд), производитель-

ность которых определяется в пунктах (один пункт

представляет объем, занятый килограммом брон-

зы).

Тигель в 300 пунктов может содержать 300 кг.

бронзы

или 100 кг. алюминия, т.к. он в три раза

легче бронзы.

Этот тип печей использует непрямой обогрев.

Пламя

развивается тангенциально между стенкой

печи и тиглем. Горелка расположена с наружной

стороны печи.

8.5.5.6.4.

Применение

8.5.5.6.4.1.

Черная

металлургия

В черной металлургии используются:

— мартеновские печи для плавки стали (практи-

чески

не применяются);

— электропечи с использованием кислородно-

газовых горелок с

целью

ускорения плавки (го-

релки располагаются обычно в загрузочной

двери);

— отражательные печи для цветных металлов,

неподвижные и опрокидывающиеся. Некото-

рые отражательные печи, предназначенные

для плавки меди, работают практически без

рекуперации,

из-за возможного последующего

засорения

пылью, уносимой продуктами

сгора-

ния в дымоход;

— вагранки (ванные печи), использующие чугун

(первая плавка проведена в доменной печи)

смешанный с

коксом,

смесь доводится до тем-

пературы

плавления

за счет горения

кокса,

поддерживаемого

подачей воздуха через фур-

мы,

расположенные в нижней части вагранки.

Газ может быть, в некоторых

случаях,

(черный

нормальный чугун), использован в качестве тепло-

вой добавки к коксу. Горелки располагаются над

фурмами на расстоянии около метра.

Добавка газа позволяет

увеличить

часовую про-

изводительность на 25 - 60%, уменьшить на 30 -

60%

расход кокса и

улучшить

тепловой КПД от 25

до 50%.

— вращающиеся печи, представляющие собой ме-

таллический цилиндр, изолированный внутри

термостойким

кирпичом, осуществляют очень

часто плавку чугуна и цветных металлов. Обо-

грев

осуществляется осевыми горелками.

8.5.5.6.4.2. Производство стекла

Плавка

стекла осуществляется в отражатель-

ных

печах,

с использованием продольного кольце-

вого

или поперечного обогрева.

Отметим,

что в

печах

этого типа, с

целью

облег-

чения конвективного движения стекла в ванной

устанавливаются электрический подогреватель

(boosting)

так же как и "кипятильник" (закачка

сжатого

воздуха для ускорения дегазации стекла).

8.5.5.6.5. Результаты эксплуатации

Констатируют в зависимости от типа печей сле-

дующие результаты:

— Мартеновские печи: 1250 -1700 кВт

•

ч/т;

—

Печи

плавки стекла, в зависимости от размеров

печи,

температуры воздуха горения, изоляции

печи и природы полученного продукта (без по-

требления

электроэнергии):

1100 - 2100 кВт

•

ч/т;

—

Цветная

промышленность:

• алюминий между 600 и 1 000 кВт

•

ч/т;

• медь между 1 200 и 1 500 кВт

•

ч/т.

8.5.5.7.

Цементные печи

8.5.5.7.1.

Изготовление цемента

Цемент - новый материал, открытый в

начале

XIX века. Обжигом приблизительно при

1450°С

смеси,

состоящей из 80% известняка и 20% глины,

получают

силикатную смесь би- и триизвестняка и

алюможелеза кальция, называемого клинкером.

Быстро охлажденный, затем тонко измельчен-

ный в смеси с 3 - 6% гипса и других добавок (шлак,

летучий

пепел и т.д.), он дает цемент.

Операция приготовления включает четыре фазы:

— 0 -

200°С

- сушка сырья;

— 200 -

800°С

- подогрев;

— 800

-1100°С

- декарбонизация;

— 1100

-1450°С

- клинкеризация.

8.5.5.7.2. Процессы изготовления

Цементные печи - это вращающиеся печи в виде

стального цилиндра, изолированного внутри тер-

мостойким

материалом, диаметром до 7 м и дли-

ной

до 200 м. Этот цилиндр медленно вращается

вокруг

своей продольной оси (1 - 2 об/мин) и накло-

нен по отношения к горизонту (наклон 3 - 6%).

Сырье

подается в верхнюю часть - либо в подо-

греватель, либо прямо в печь, где оно подогрева-

ется,

подвигаясь навстречу дыму к нижней части,

где

находится горелка.

Клинкер попадает затем в

охладитель,

где от-

дает свое тепло вторичному воздуха горения. Ох-

ладители

могут

быть

ротационного типа с цепным

приводом

или поднимающимся с решеткой или с

шарами.

Различают

три основных процесса изготовле-

ния.

8.5.5.7.1.1.

Влажный способ

Влажный способ практически нигде не применя-

ется из-за плохого энергетического коэффициен-

та полезного действия.

Сырье

разбавляется водой и подается во

вращающуюся печь в форме теста, содержащего

35 - 40% воды.

Все

трансформации материала происходят вну-

три

печей обычно длинного типа (100 - 200 м). На

входе в печь, цепная заслонка

улучшает

теплооб-

мен продуктом и

газом.

8.5.5.7.1.2. Полусухой способ

В полусухом способе исходный материал пред-

ставлен в форме гранул, содержащих 12 - 15%

воды и

полученных

либо из отфильтрованного под

давлением теста, используемого при влажном спо-

собе,

либо из сухой агломерированной пудры.

795

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Пылевой

коллектор

Устройство питания от вращающейся печи

Вентилятор предварительного

подогрева

Выброс

системы охлаждения

Вентилятор системы охлаждения

Коллектор

пыли

Ковшовый элеватор

Трубопровод вторичного

воздуха

Вращающаяся

Клинкер

Воздушное охлаждение

Снабжение

мелкораспыленным

сырьём (мука)

Деталь

-. Циркуляция материалов

— Циркуляция газов

Обжиг

исходного

материала

перед

клинкериэацивй.

Обычно

гранулы помещаются

подогреватель

механической решеткой типа Lepol, где происхо-

дят

фазы

сушки

подогрева. Фазы декарбониза-

ции и клинкеризации происходят

более коротких

печах,

чем при влажном способе.

8.5.5.7.2.3.

Сухой

способ

Сухой

способ

настоящее время применяется

наиболее часто, т.к.

он

менее энергоемкий (90%

производства).

Фазы

сушки, подогрева, частичной или полной

декарбонизации происходят

циклонном теплооб-

меннике,

куда сырье поступает

виде пудры, на-

зываемой "мука", гранулы которой не превосходят

0,2 мм.

Только

реакция клинкеризации происходит

во

вращающейся печи короткого типа (50 - 80 м)

Многие

установки этого типа построены на мес-

те заводов влажного способа,

на

которых печь

была

обрезана

заменена циклоном

дополни-

тельной горелкой или без нее.

8.5.5.7.3.

Характеристики цементных печей

См.

таблицу ниже.

Характеристика

—

Сырье

(исходное)

— Сушка, подогрев 0

800°С

— Декарбонизация 800 -1 100°С

— Клинкеризация 1 450°С

— Охлаждение

— Печь вращающаяся

— Производительность

— Удельное часовое потребление

—

Топливо

Влажный способ

Тесто

Внутри вращающейся печи

Печь

вращающаяся

Печь вращающаяся

Полусухой способ

Гранулы

Вращающаяся

печь, подвиж-

ная решетка

Печь вращающаяся

Сухой способ

Пудра или мука

Циклоны

Циклон

Печь вращающаяся

Охладитель с подвижной

решеткой,

шаровой или вращающийся

L- 100 -200 м

0-3-7м

400

- 3 000 т/сут

1 450 -1 950 кВт

•

ч/т

Уголь

50 - 80 м

0-3-7м

1 000 - 4 000 т/сут

950-1

150 кВт

ч/т

L-50-80M

0-3-7м

1 000 - 5

000

т/сут

900

-1 000 кВт

•

ч/г

, жидкое топливо, природный газ

796

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

предварительная

гомогенизация

карьер.

подвижная

камнедробилка

механизм забора

погрузки

вагоны

грузовики

вагоны

грузовики

Процесс

обжига

исходного

материала

перед

клинкериэацией.

Схема

сухого

способа.

797

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

8.5.5.7.4. Оборудование обогрева

Цементные печи имеют одну горелку, располо-

женную в нижней части печи, называемой соплом,

назначение которого состоит в следующем:

передать топливо (пылеобразный уголь, мазут или

газ),

первичный воздух горения и прежде всего

пары через нагреваемый продукт;

смешать топливо и первичный воздух;

регулировать форму пламени.

Цементные печи могут отапливаться:

— распыленным углем с дополнительной подачей

жидкого

или газового топлива;

— жидким тяжелым топливом с механическим

или пневматическим распылением с помощью

пара или природного газа;

— одним

газом:

в этом

случае

газ подается в печь

через два отверстия: центральное и кольцевое.

Таким образом

получают

один поток газа, у ко-

торого

можно изменить импульс путем изменения

распределения расходов и таким образом сохра-

нить форму пламени постоянной, когда тепловой

расход изменяется.

Это сопло, разработанное

G.E.F.G.N.

- группа

изучения пламени природного газа, известная под

названием "Сопло двойного импульса".

Газ имеет определенные преимущества, кото-

рые могут

бьпъ

использованы во вспомогательном

оборудовании:

— горелки в подогревательных циклонах, где про-

исходит предварительный обжиг "муки";

— горелки, подводящие тепло к решеткам; (полу-

сухой*

— горелки, подводящие тепло к сушильному шка-

фу сырья или угля.

Рычаг регулирования расхода

Газ

ГазВР

Воздух

ГазВР

Звезда

с 3 лучами

Сопло неподвижное

Сопло подвижное

Газовая горелка

туннельной

печи rnnaSmidth.

изоляция

.„„„rf7,,,,,,,,,,,,,,

„„,,,,,„_

(

f**~\

' I

\ 1 / 111 мазут

/ т

/ /

/ / гч/S/

//^

газ

кольцевой

^^r"^

газ центральный

Принципиальная

схема горелки

G.E.F.G.N.

с пневматическим разбрызгивателем

мазута

газом.

798

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

8.5.5.7.5. Цемент во Франции

Потребление связующих материалов (цемент и

гидравлическая известь) во Франции в 1988 году

составляло 24,2 млн.т. Сектор строительства зда-

ний

потреблял 65,5%, т.е. на 5% меньше, чем в

1985 году. Сектор жилищного строительства по-

требляет 34,5%, с увеличением на 5% по сравне-

нию с1985 г. Потребление топлива в 1988 году со-

ставляло

1,76 Mtep, в то время, как

удельное

часо-

вое потребление составляло 802 кВт

•

ч/т цемента

1040 кВт

•

ч/т клинкера.

Распределение между различными видами топ-

лива

такое же, как в 1985 году.

Начиная

с 1985 года уголь заменил тяжелое

жидкое

топливо, как основной вид топлива, и со-

ставляет 86% общего потребления.

Газ

Мазут

GTOpM

3,5-

2,5-

1.5.

Производство

т/год

1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984

1962 1966 1970 1974 1978 1982

Потребление топлива цементной промышленностью

Франции.

1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984

1962 1966 1970 1974 1978 1982

8.5.5.8.

Известковые печи

8.5.5.8.1.

Производство извести

Известь - один из наиболее старых известных

человеку материалов получается путем обжига из-

вестняка при температуре выше

900°С.

Негашеная известь представляет собой оксид

кальция - результат декарбонизации известняка.

Гашеная

известь или гидрат получается из при-

родной

извести с помощью реакции гидратации,

называемой гашением.

СаСО

Карбонат

кальция

Известняк

1786

кг +

Обжиг

900°С

876

квт

—»• СаО

Оксид

кальция

Известь

негашеная

—+•

1000кг

СО

Диоксид

углерода

Углекислый

газ

786 кг

Негашеная

известь.

СаО +

га-

Оксид

Негашеная

известь +

НгО

кг

Вода

—»• Са(ОН)

кг

—+•

Гидроксид

—*>

Гашеная известь

Распределение

различных

видов

топлива

цементной

про-

мышленности.

Гашеная

известь.

Гашеная

известь получается из известняка, со-

держащего от 15 до 20% глины. Обжиг известняка

осуществляется в

двух

типах печей.

8.5.5.8.2. Вертикальные печи

Этот тип печи, наиболее подходящий для

Фран-

ции,

представляет собой вертикальный стальной

цилиндр,

имеющий термостойкую внутреннюю изо-

ляцию, которая представляет собой сосуд.

Известняк загружается с верхней части печи и

опускается,

пересекая последовательно при этом

три

зоны:

— подогрева;

— обжига или кальцинации;

— охлаждения.

Газовые потоки проходят печь в обратном на-

правлении: свежий воздух, забранный в нижней

части печи, подогревается в контакте с известью и

обеспечивает сжигание топлива. Горючие газы на-

гревают загрузку материала перед выходом из

верхней части печи.

Старые

прямые печи обогре-

вались обычно твердым топливом

(кокс,

уголь и

т.д.) в смеси с известняком. Этот тип печи не поз-

воляет

получить хорошее качество извести при

использовании жидкого или газового топлива,

когда

производительность превосходит 150 - 200 т

в сутки.

Это топливо подается в печь через стенки и

трудно осуществить хорошее распределение теп-

ла в пространстве загрузки камня, когда сечение

емкости

увеличивается.

Новью

прямые печи используют жидкое и

газо-

вое топливо (обычно мазут и природный газ).

799

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Бурильный

станок |

• • •

Карьер

Дробилка

Дробленый

известняк

*•

••Z"

***** ""*••

•'• "•"' "*."

•• .'•

»"•*•'

Лт » '• •

• • «

• a

* V »Л

Дроблвная известь

Вода

Гидратор

Калвбраж

Малый размер

Известковый

камень

Сито

Vs>

Калиброванная известь

Печь

Гашеная известь

Схема

производства

извести.

800

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Известняк

уголь

Металлическая

аркатура •

Огнеупоры

Подогрев

Обжигание

Охлаждение

извести

Принцип

простой

классической печи,

отапливаемой

углем.

Использование COj

- Рециркуляция

Печь

"zig-zag".

Известковая

печь

процесса

"Discar".

Некоторые

новые

печи работают на твердом

пылевидном топливе и могут

быть

многотопливны-

ми.

На

новых

печах

были

созданы различные систе-

мы, позволяющие улучшить качество извести и

уменьшить расход энергии:

—

ванные

печи "zig - zag";

— рециркуляция продуктов сгорания;

— увеличение точек подачи топлива;

— наклонные наконечники топлива;

— печи с круговой ванной;

— печи с несколькими ванными и альтернативны-

ми

циклами.

Известняк

Горелка -

Первичный воздух

горения

Воздух У"

охлаждения /

ЬГорелка

Подогрев

Обжигание

Охлаждение

Вторичный

воздух

Выгрузке извести

Современная

кольцевая прямая печь.

801

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

Синим»

Загрузочный

Дым

бункар

(ов

Подагр»»

Обжигами»

Охлажданиа

Воздух

гарант Воздух охлаждения

Современная прямая

печь

емкостью

и переменным

циклом.

Новью

прямые печи позволяют осуществлять

равномерное производство извести очень хороше-

го

качества и с превосходным энергетическим КПД

(около 1000 кВт

•

ч/т извести).

8.5.5.8.3.

Вращающиеся печи

Они представляют собой цилиндр.вращающий-

ся вокруг своей немного наклоненной оси (уклон от

3 до 5%).

Зона подогрева может состоять из решетки на

входе в печь или подъемников или цепей внутри

печи, способствующих теплообмену между газом и

сырым известняком.

Охлаждение

извести осуществляется во

вращающемся холодильнике или холодильнике с

решеткой.

Эти печи используют газовое, жидкое и твердое

в пылевидной форме топливо. Эти печи не имеют

такого достаточно хорошего энергетического КПД

(1400 -1500 кВт

•

ч/т извести), как прямые печи, но

они более гибкие, имеют более высокую произво-

дительность, превосходящую более 1000 т в день.

Качество извести очень хорошее и равномерное,

без примесей, содержащихся в топливе (сера, на-

пример).

8.5.5.8.4.

Известь во Франции

Промышленность

Черная металлургия (с экспортом)

Сельское хозяйство

Дороги и стабилизация

почвы

Обработка

воды

Цветная металлургия

Химическая промышленность

Здания:

материалы и детали кон-

струкции

Бумажная промышленность

Очистка дыма

Карбид кальция

Разное

Экспорт (известь сталелитейных

заводов)

Сумма

Потребление в 1988 г.

тонн

1590

000

311

000

301000

207

000

107

000

105

000

105

000

150

000

3089

000

51,5

9,7

6,7

3,5

3,4

2,3

2,2

1,2

3,3

4,8

100

Потребление

тоннах

(1988 г.).

Жидкое

(мазут

2).

. . .

Газ

Кокс

Общее

676

339

577

592

19%

65%

16%

100

Часовое

потребление

топлива

(миллион

кВт

•

ч/Р.С.1.).

Использование газа

улучшает

гибкость эксплуа-

тации и позволяет на прямых

печах

получить из-

весть со слабым содержанием серы.

Характеристики

Производительность, т/сут

измцры.

ванны, м

L ИЛИ Н, м

ТОПЛИВО

Удельный

расход, кВт

•

ч/т

Размер

загружаемых камней в

цу

ИМ

Гибкость управления

Равномерность обжига

Качество извести

Давление печи

Печи прямые старые

20-200

1-4

5-20

Твердое в кусках

1300

40-140

Среднее

Посредственное

Среднее

Небольшое давление или разрежение

Печи прямые

новые

200-600

2-4

10-20

Твердое, пылевидное,

жидкое,

газообразное

1000

30-200

Хорошее

Давление до 400 мбар

Печи вращающиеся

200-1000

2-5

50-120

Твердое, жидкое,

газообразное

1400

5-40

Очень

хорошее

Очень

хорошее

Очень

хорошее

Разрежение

Характеристики

известковых

печей.

802

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ГАЗА

8.5.5.9.

Комбинированное производ-

ство механической энергии

тепла

холода

8.5.5.9.1.

Определение

Говорят "Совместная генерация", совместное

производство

или комбинированное производство,

цикл трансформации,

котором на основе

какого-

то топлива производят одновременно две полез-

ные

энергии:

механическую и тепловую.

Механическая энергия используется

для

при-

вода машин (вентилятор, компрессор

т.д.)

или

более часто электрогенераторов.

Тепловая

энер-

гия

существует

форме теплоносителя, который

легко

использовать: пар, горячая вода, горячий

воздух ит.д.

8.5.5.9.2.

Различные способы использования

Характеристики установок зависят от их конеч-

ных целей.

Их

можно разделить

на

три больших

класса:

EDF

С1

Гмию

E-W Эти

ГЦяцке-

Топливо

С2

Топливо

Г«ир«тор

Т«ик

Прммес

Отдельное

производство

Производство

комбинирс

тепло/сила тепло/сила

Снабжение

E.D.F.

комбинированное

производство.

Общая

полезная

35%

Совместное

производство

100%

070%

?£К.15%П

Обща-полезная

85%

•

Тепло

конденсатора -4^- Потери

дымом

15%

Централь

E.D.F.

Комбинированное

производство

Использование

первичной

энергии.

— тепло является основным продуктом: электро-

энергия

(или движущаяся сила) является про-

межуточным продуктом, подаваемым

кабель

для производства тепла Это комбинированное

использование продукции часто называется

"тепло-сила";

— электрическая автономия (или механическая)

является основной целью, тепло является про-

межуточным иногда избыточным продуктом.

Этот тип установок часто называется тощая

энергия";

— установка обеспечивает только часть потреб-

ностей.

Дополнение осуществляется: электро-

энергией

E.D.F.

и теплом классической котель-

ной.

8.5.5.9.3. Приводные машины

Сердце системы совместной генерации - привод-

ная машина: она производит механическую энер-

гию.

Ее термические выбросы используются для про-

изводства тепла. Различают две категории машин:

— двигатели наружного сгорания (паровые турби-

ны

противодавлением). Топливо сжигается

котле. Произведенный пар дросселируется

турбине

производящем элементе системы.

Выхлопной пар используется для производства

тепла Общий КПД этого типа установки дости-

гает или превосходит 90%;

— двигатели внутреннего сгорания (это поршне-

вые двигатели

газовые турбины). Общий КПД

этого

типа установки достигает или превосхо-

дит 85%.

Сгорание создает газ высокой температуры

высокого

давления, их энергия трансформиру-

ется в движущую силу

помощью поршня (пор-

шневой двигатель) или

помощью редуцирова-

ния

турбине (газовая турбина).

Эти двигатели могут использовать только жид-

кое

или газовое топливо.

8.5.5.9.3.1.

Двигатели внутреннего сгорания

См.

рис. с. 804.

8.5.5.9.3.2.

Газовая

турбина

См. рис.

с.

804.

8.5.5.9.3.3. Тепловой насос

газовым двигателем

Схема

(с.

805) интересна

во

многих

случаях,

когда

для сушки требуется сухой воздух низкой

температуры (дерево, штукатурка),

установках

кондиционирования воздуха больших помещений,

таких как больницы, гостиницы, институты

т.д.

Однако применение тепловых насосов требует со-

блюдения определенных условий:

— необходимость источника холода;

— производство тепла низкого уровня, порядка

50-60°С;

— стоимость установки немного выше.

803

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗА

Пар HP.

Продувка -

Регулятор! Охладитель

парав.Р.

потребителям пара

Котел

Турбина

Конденсатосборник

Возврат конденсата

Подпиточная вода

Водолодготоека

Питательный Насос для

насос заполнения

Производство

силового

тепла.

Паровой

котел

пароперегревателем

турбина

противодавлением.

Дым

•! I Перегретая

вода

Глушитель

Отопление

Дополнительный

котел

Двигатель

внутреннего

сгорания.

Рекуперация

форме

горячей

воды

при t - 80 -105 °С7

Продукты

Воздушный

фильтр

Продукты сгорания

Турбина ды

от турбины

Использование

газовой

турбины

для

прямой

сушки.

' Дополнительный воздух III

804