книги из ГПНТБ / Гилод В.Я. Сжигание мазута в металлургических печах
.pdfв. я. гилод
СЖИГАНИЕ МАЗУТА В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧАХ
« Г
МОСКВА, „МЕТАЛЛУРГИЯ" 1973
УДК |
662.75 : 669.041 |
|
|
|
Гос. п у б л и ч н а я |
і |
у? Z- |
|
научно - тахни ,е «кая |
|
|
|
бибіїио.впл С С С Р |
|
|
|
экземпляр |
|
|
|
ЧИТАЛЬНОГО З А Л А |
|
|
УДК |
662.75 : 669.041 |
|
|
Сжигание мазута в металлургических |
печах. Г и л о д В. Я- М., «Ме |
||
таллургия», 1973, 312 с. |
|
|
|
Рассмотрены конструкции, |
теплотехнические характеристики, ме |
тоды расчета, вопросы эксплуатации и контроля работы новых го-
релочных устройств для сжигания |
жидкого топлива. |
Излагаются |
||
принципиальные основы конструирования и особенности |
конструк |
|||
ций комбинированных горелок для |
раздельного |
или |
совместного |
|
сжигания газообразного и жидкого |
топлива. Подробно |
анализиру |
||
ются особенности применения жидкого топлива |
в печных агрегатах |
|||
современного металлургического производства. |
|
|
|
|
Книга предназначена для инженерно-технических |
работников за |
|||
водов, проектных и исследовательских организаций |
и может быть |
полезна студентам высших учебных заведений и аспирантам, зани мающимся вопросами использования жидкого топлива в промыш ленных тепловых агрегатах. Ил. 108. Табл. 22. Список лит.: 331 назв.
©Издательство «Металлургия». 1973.
г3105—126 128—73 040(01)—73
ОГЛАВЛЕНИЕ
|
|
Стр. |
Введение |
|
5 |
Г л а в а |
I. Общие сведения о жидком топливе. Новые |
мето |
|
ды распыливания топлива |
7 |
|
1. Основные свойства топочных - мазутов |
7 |
|
2. Основы расчета паровых и пневматических фор |
|
|
сунок |
12 |
|
3. Качество |
|
распыливания |
топлива |
форсунками |
|
|||||||||||||
|
|
промышленных |
печей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|||||
|
4. |
Распиливание в поле |
акустических |
колебаний . . |
.15 |
||||||||||||||
|
5. |
Распиливание топлива с использованием элект |
|
||||||||||||||||
|
|
ромеханических |
преобразователей |
|
|
|
|
|
28 |
||||||||||
|
6. Распыливание в электрическом поле |
|
|
|
|
|
35 |
||||||||||||
Г л а в а |
П. Новые |
методы |
сжигания жидкого |
топлива |
|
. . . |
.37 |
||||||||||||
|
1. Пульсационное |
горение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
37 |
|||||||
|
2. |
Сжигание мазутных эмульсий и суспензий |
|
. . . |
.49 |
||||||||||||||
|
3. |
Сжигание мазута в пенном слое |
|
|
|
|
|
62 |
|||||||||||
|
4. Импульсное |
сжигание |
жидкого |
топлива |
|
|
|
64 |
|||||||||||
Г л а в а III. Горелочные |
устройства |
для |
высокоинтенсивного |
|
|||||||||||||||
|
|
сжигания |
тяжелого |
жидкого |
топлива |
|
|
|
|
69 |
|||||||||
|
1. Определение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
69 |
||||
|
2. |
Особенности |
горения |
тяжелых |
|
топочных |
мазутов . |
.70 |
|||||||||||
|
3. Анализ |
условий горения капель тяжелого |
жид |
|
|||||||||||||||
|
|
кого |
топлива |
. . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
72 |
||||
|
4. |
Технические |
средства |
интенсификации |
горения |
|
|||||||||||||
|
|
тяжелого |
жидкого |
топлива |
|
|
|
|
|
|
|
|
78 |
||||||
|
5. |
Промышленные |
конструкции |
|
горелочных |
|
уст |
|
|||||||||||
|
|
ройств, работающих на жидком топливе |
|
|
|
94 |
|||||||||||||
|
6. |
Расчеты |
|
некоторых |
|
элементов горелочных |
|
уст |
|
||||||||||
|
|
ройств |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
130 |
|
Г л а в а |
IV. Газо-мазутные |
горелочные |
устройства |
|
|
|
|
146 |
|||||||||||
|
1. Трудности |
осуществления |
|
|
комбинированного |
|
|||||||||||||
|
|
сжигания |
топлив |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
146 |
||||
|
2. Реконструкция |
горелочных |
устройств |
при |
пере |
|
|||||||||||||
|
|
воде |
на |
|
комбинированное |
отопление |
|
|
|
|
148 |
||||||||
|
3. |
Общие |
принципы |
конструирования |
газо-мазут- |
|
|||||||||||||
|
|
ных |
горелок |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
153 |
|||
|
4. Промышленные |
конструкции |
|
газо-мазутных |
го |
|
|||||||||||||
|
|
релок |
|
|
. . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
161 |
|
|
5. |
Особенности |
сжигания |
бедных |
газов |
|
|
|
|
171 |
1* Зак . 590 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стр. |
Г л а в а |
V. Особенности применения |
жидкого |
топлива |
в со |
|
|||||||||
|
|
временных |
металлургических |
процессах |
. . |
. . |
173 |
|||||||
|
1. Подготовка |
железных |
руд к |
плавке |
|
|
|
173 |
||||||
|
2. |
Производство |
кокса |
|
|
|
|
|
|
|
183 |
|||
|
3. |
Производство |
чугуна |
|
|
|
|
|
|
|
184 |
|||
|
4. |
Прямое |
восстановление |
железа |
из |
руд . . |
. . |
208 |
||||||
|
5. |
Производство |
стали |
|
|
|
|
|
|
|
|
211 |
||
|
6. |
Нагрев |
металла |
|
|
|
|
|
|
|
|
242 |
||
|
7. |
Термообработка |
|
|
|
|
|
|
|
|
258 |
|||
|
8. |
Некоторые |
вспомогательные |
процессы |
|
|
268 |
|||||||
Г л а в а VI. Некоторые |
вопросы |
эксплуатации |
горелочных |
|
||||||||||
|
|
устройств |
|
|
|
|
|
|
|
|
• . |
. . |
273 |
|
|
1. Пуск и контроль работы |
мазутных |
форсунок |
. . |
273 |
|||||||||
|
2. |
Контроль химической |
неполноты |
сгорания |
. |
. . |
277 |
|||||||
|
3. |
Контроль |
механической |
неполноты |
сгорания |
. . |
281 |
|||||||
|
4. |
Особенности |
работы |
форсунок |
на |
подогретом |
|
|||||||
|
|
воздухе |
|
|
|
|
|
|
|
. . . . . . |
. |
288 |
||
|
5. Контроль |
качества |
жидкого |
топлива |
|
|
291 |
|||||||
Приложения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I . Нормы |
некоторых |
зарубежных |
государств |
на |
|
||||||||
|
|
жидкие |
топлива для |
энергетических установок |
|
|||||||||
|
|
и промышленных |
печей |
|
|
|
|
|
|
296 |
||||
|
П. Таблица |
соответствия |
различных |
единиц |
вязко |
|
||||||||
|
|
сти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
299 |
Список |
литературы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
301 |
В В Е Д Е Н И Е |
|
|
Металлургическая промышленность |
является |
одним |
из крупнейших потребителей топлива в |
стране. |
Только |
на предприятиях черной металлургии расходуется около 21% топлива, потребляемого в отечественной промыш ленности [1] . Доля жидкого топлива в топливном ба лансе черной металлургии невелика (в 1970 г.—4,5%), однако наметившееся к концу 60-х годов некоторое сни
жение потребления природного газа в |
металлургичес |
ких печах, отражающее, по-видимому, |
общую тенден |
цию к преобладающему использованию этого вида топ лива в нефтехимической промышленности и бытовых ус тановках, а также необходимость в резервном топливе для печей, отапливаемых в настоящее время природным газом, вновь возрождают интерес к рациональному ис пользованию жидкого топлива — мазута в печах. К то му же абсолютные масштабы потребления мазута в ме таллургических печах и сейчас достаточно внушительны.
По данным Н. В. Мельникова |
[2], промышленные |
печи |
|
и технологические установки |
занимают |
первое |
место |
среди потребителей топочного |
мазута, |
расходуя |
31,8% |
от общего потребления імазута в стране. |
|
||
Использование мазута в металлургическом производ |
|||
стве не всегда является вынужденной |
мерой. Мазут — |
весьма ценное металлургическое топливо.По обобщенной
характеристике |
теплотехнической |
ценности, введенной |
Н. П. Банным |
и сотрудниками |
[3] и учитывающей |
как свойства топлив, так и результаты их использования в промышленных течах, мазут превосходит все другие виды топлива в том числе и природный газ. Опытом до казано, что в целом ряде случаев работа на комбини рованном газо-мазутном топливе оказывается экономи чески более выгодной, чем на одном газообразном. По казательно в этой связи, что в 1970 г. основными потре бителями жидкого топлива в черной металлургии СССР
были печи мартеновского и прокатного производств (соответственно 51,2 и 12,2% общего расхода мазута на отрасль). [3] . Однако общеизвестны и трудности осуще
ствления экономичного и |
эффективного |
сжигания |
тя |
|||
желого жидкого |
топлива |
в металлургических печах. |
||||
В |
монографиях [4—6], вышедших в 60-х годах, |
изло |
||||
жены |
основы использования |
жидкого топлива в промыш |
||||
ленных установках. Поэтому |
в предлагаемой вниманию |
|||||
читателей книге |
вопросам, освещенным |
ранее, уделяет |
||||
ся ограниченное |
внимание. |
Основной |
материал |
книги |
посвящен новым, прогрессивным направлениям в техни
ке сжигания жидкого |
топлива, появившимся в |
отечест |
венной и зарубежной |
науке и технике в последнее время, |
|
и обобщению накопленного опыта использования |
мазута |
в самых различных процессах металлургического цикла. Цель книги — предоставить в распоряжение проектиров щиков, исследователей, производственников практичес кий материал, который они могли бы использовать в целях усовершенствования средств и способов сжигания жидкого топлива в современных промышленных печах.
Автор глубоко признателен проф. Б. П. Тебенькову за внимательное рецензирование книги и ценные советы, способствующие улучшению ее содержания. Вместе с тем автор отдает себе отчет в том, что особенность кни ги не могла не выразиться в некоторой фрагментарнос ти изложения. Попытка систематизации материалов по применению жидкого топлива в металлургических про цессах предпринимается впервые и здесь также возмож ны упущения. Замечания и пожелания, касающиеся со держания книги, автором будут с благодарностью при
няты. Их следует |
направлять |
в редакцию |
литературы |
по оборудованию |
и энергетике |
издательства |
«Металлур |
гия» по адресу: Москва, 119034, .2-й Обыденский пер., 14.
ГЛАВА I
ОБ Щ И Е С В Е Д Е Н И Я
ОЖ И Д К О М ТОПЛИВЕ . НОВЫЕ МЕТОДЫ
РА С П Ы Л И В А Н И Я ТОПЛИВА
1.ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ТОПОЧНЫХ МАЗУТОВ
ВСССР наиболее распространенным видом жидкого топлива для промышленных печей является топочный мазут. Свойства мазута общего применения нормируют ся по ГОСТ 10585—63 с изменениями, внесенными в ян варе 1970 г. (табл. 1), а качество мазута для мартенов ских печей должно соответствовать требованиям ГОСТ 14298-69 (см. гл. V). Нормируемые свойства жидких топлив некоторых наиболее развитых в промышленном отношении зарубежных государств приведены в при ложении I .
ВСССР в качестве жидкого топлива для промыш ленных печей применяется почти повсеместно продукт глубокой переработки нефти. При этом следует иметь в
виду, что около 30% |
от количества |
перерабатываемой |
|
нефти составляют тяжелые фракции, |
в |
значительной |
|
части — высоковязкие |
крекинг-остатки. |
Поэтому топоч |
|
ный мазут, кроме жидких углеводородных |
компонентов, |
||
содержит пластичные |
и твердые вещества, которые в |
мелкодисперсном коллоидном состоянии распределены в общей массе топлива. Эти вещества, представляющие собой высокомолекулярные соединения с 85—87% угле-
.рода (асфальтены, смолы, карбены, карбоиды), способ ны в процессе нагрева выделяться, образуя коксовый остаток.
Склонность жидкого топлива к образованию коксо вого остатка при горении принято оценивать косвенным образом по коксуемости топлива, определяемой стан дартизованным методом по остатку после прокаливания пробы топлива без воздуха (ГОСТ 5987—51). За рубе жом коксуемость определяют аналогичным методом, именуемым методом Конрадсона, а количество образу ющегося в результате испытания кокса (в % или долях по массе) называют коэффициентом Конрадсона.
Коксуемость топлива оказывает определенное влия ние на светимость мазутного факела (см. гл. V ) . Поэ тому применительно к мазутам для мартеновских печей, где теплообмен излучением имеет важное значение, ГОСТ 14298—69 ограничивает нижний предел коксуемости ве-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1 |
|
|
Нормируемые |
показатели топочных |
мазутов СССР1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Марка мазута |
|
|
|
П о к а з а т е ли |
|
|
|
40 |
100 |
200 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Кинематическая |
вязкость |
|
|
|
|
|||||
ест |
(°ВУ), |
при |
температу |
|
|
|
|
|||
ре, |
°С: |
|
|
|
|
|
59(8,0) |
116(15,5) |
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
100 |
|
. . . . . . . |
|
|
|
48—70 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6,5—9,5) |
Зольность, |
%, не |
более |
. |
0,15 |
0,15 |
0,3 |
||||
Содержание |
|
механиче |
|
|
|
|
||||
ских примесей, |
%, не бо |
|
|
2,5 |
|
|||||
лее |
|
|
|
|
|
|
1.0 |
2,5 |
||
Содержание |
воды, |
%, |
2,0 |
2,0 |
1,0 |
|||||
не |
более |
|
|
|
|
|
||||
Содержание |
серы, %. не |
0,5—3,5 |
0,5—3,5 |
0,5—3,5 |
||||||
более |
|
|
|
|
|
|||||
Температура |
вспышки |
при |
|
|
|
|
||||
определении |
в |
открытом |
90 |
110 |
140 |
|||||
тигле, °С, не выше . |
. |
. |
||||||||
Теплота |
сгорания |
низшая |
|
|
|
|
||||
в пересчете |
на сухое |
топ |
|
|
|
|
||||
ливо |
|
(небраковочная), |
40,0—40,6 |
39,7—40,4 |
39,5—40,1 |
|||||
Мдж/кг |
(ккал/кг) |
. |
. |
. |
||||||
Плотность |
при 20°С, |
г/см3, |
(9550—9700) |
(9500—9650) |
(9450—9600) |
|||||
- |
І 1 |
1,015 |
|
|||||||
не более |
|
|
|
|
|
|
||||
|
Водорастворимые кислоты |
и щелочи |
отсутствуют. |
|
ЛИЧИНОЙ в 8%. |
Фактическая коксуемость наиболее широ |
|||||
ко применяемого в промышленных печах мазута |
марки |
|||||
100, хотя |
и не принадлежит |
к нормируемым признакам, |
||||
достигает |
весьма существенных |
значений 12—19% [4] . |
||||
В то же время |
в целом |
ряде |
металлургических |
процес |
||
сов наличие в |
мазутном |
факеле |
гетерогенных |
частиц, |
||
связанных |
с происхождением |
жидких топлив, играет от- |
рицательную |
роль, |
существенно |
затягивая |
процесс го |
рения (ом. |
гл. I I I ) . |
|
|
|
Следует иметь в'виду, что, как .видно из приложения I , |
||||
в промышленности |
зарубежных |
государств |
использует |
ся, в общем, более легкое жидкое топливо, дающее зна чительно меньший коксовый остаток. Это обстоятельство необходимо учитывать при сопоставлении работы фор сунок в СССР и за рубежом.
Одним из важнейших эксплуатационных параметров жидких топлив является их вязкость. В международной
системе |
единиц |
кинематическую вязкость v |
выражают |
в м2/сек. |
Принято |
измерять v в стоксах (1 ст = 10- 4 м2/сек) |
|
или сантистокоах |
(1 сст= 10~2 ст=і10-6 м2[сек). |
Однако до |
настоящего времени широкое распространение находят условные единицы вязкости, значения которых всецело определяются методикой измерения и конструкцией при боров. Так, в упомянутых выше нормах «а жидкое топ ливо СССР вязкость указывается в градусах вязкости условной (°ВУ), количественно разнозначных употреб лявшимся ранее градусам Энглера1 . Условная вязкость в °ВУ определяется как отношение длительности истече ния из калиброванного отверстия вискозиметра ВУ 200 см3 испытуемого нефтепродукта к длительности истече ния такого же количества дистиллированной воды при 20°С. За рубежом в качестве условных единиц вязкости для маловязких топлив служат секунды по универсаль
ному вискозиметру Сейболта и |
вискозиметру |
Редвуда |
N° 1, для высоковязких топлив |
— секунды по |
вискози |
метру Сейболта Фурол и вискозиметру Редвуда № 2. Таблица соответствия условных и абсолютных единиц вязкости приведена в приложении I I .
Вязкость жидких топлив является по существу един ственным их свойством,"на которое можно значительно влиять при эксплуатации, используя зависимость вяз кости от температуры подогрева топлива (табл. 2). Прарктическим путем найдены максимально допустимые значения вязкости топлив для их транспортировки к теп ловым агрегатам и распыливанля в форсунках различ ных типов. Соответствующие значения минимальных и рекомендуемых температур подогрева топлива сведены в табл. 3. Перегрев топлива свыше 105—110° С при из-
1 Марка мазута по ГОСТ 10585—63 численно равна вязкости топлива в "ВУ при 50°С.