WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |
        1. Зона горениярасполагается в непосредственной близости(на расстояние 3 – 4 калибра) от среза сопла, чтоувеличивает активную рабочую длинупечи.
  1. Обеспечиваетсярегулирование скорости истечения газовогопотока для создания либо «жесткого» факела(при большой скорости), либо «мягкого»факела (при малой скорости).
  2. Обеспечиваетсянаилучшая степень смешения трансзвуковойструи природного газа со спутным потокомвоздуха при минимальном коэффициентерасхода воздуха = 1,02 – 1,03 (характерного для горелок спредварительным смешением) за счетсоздания чередующихся волн разряжения исжатия как на открытой поверхностицентрального тела за счет отрывапограничного слоя, так и в области,непосредственно примыкающей к немуснаружи горелки, за счет созданиязавихренности за кормовой частьюцентрального тела.
  3. Создается развитаярециркуляция продуктов сгорания.
  4. Достигаетсявысокая скорость горения газо-воздушнойсмеси не только за счет нормальногогорения, но и за счетдетонационного.

Основываясь наразработанной теории можно рассчитыватьразличные горелочные устройства на основеиспользования сопла с центральнымтелом.

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ ПРОИЗВОДСТВАМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ИЗВЕСТИ

Мировой опытпоказывает, что для совершенствованияработы вращающихся печей в целях улучшенияметаллургических свойств извести иснижения энергозатрат при ее производственеобходима системаавтоматического управления работой печи. Базой такой системы может служить математическаямодель работы объектауправления, отражающаяпроцессыгазодинамики, тепломассопереноса идругие процессы, определяющие решение поставленной задачи.В связи с этим, примоделировании учитываются: теплогенерация,движение газовой среды, встречное движениеобрабатываемого материала, внешний ивнутреннийтеплообмен, физико-химические превращенияв обрабатываемом материале. Необходимо учесть такжепылеобразование за счет истиранияматериалапри его движении, пылеуноспотоком газаи одновременное осаждение части пыли,содержащейся в газовом потоке, наобрабатываемом материале (рис. 10).

При создании моделиработы вращающейся печи по обжигу известняка печи вся длина печи разбита на N зон. Вкаждой зоне постояннымисчитаются: скорости движения материала игазообразных продуктов;высота и центральный угол сегмента, занятогообрабатываемым материалом;теплофизические параметры материала и газообразных продуктов. Для каждой зонырассчитываются материальный и тепловой балансы.

Рис. 10. Схемарасположения материала в печи (R – внутренний радиуспечи; R1, иR2 – наружные радиусыпервого и второго слоев футеровки; п– угол наклонапечи; h, – высота ицентральный угол сегмента, занятогоматериалом;– угловаяскорость вращения печи)

Математическая модельработы вращающейся печи по обжигуизвестняка включает ряд модулей.

    1. Модельперемещения обрабатываемого материалачерез вращающуюся печь. Онапозволяет учесть влияние массызагружаемого известняка на параметры слоя– высоту ицентральный угол сегмента, занятогоматериалом, а также на скорость движенияматериала в данной зонепечи. Модель основана на формуле М.П. Макевнина,описывающей перемещениеобрабатываемого материала по длине печи, иразработанных автором формул,определяющих формирование начальныхпараметров слоя при загрузке. Вывод формул длярасчета параметров h и слоя, занятого материалом при загрузке, былсделан, исходя из следующих соображений.При выгрузке извести в каждую единицувремени с обреза печи сходит некотораямасса сыпучего материала, объем которогоможно представить в виде параллелепипеда(рис. 11). Его основанием являетсяпрямоугольник, длину которого можнопринять равной перемещению материала повнутренней цилиндрической поверхностипечи радиусом Rза 1 оборот печи:R, а ширину – равной перемещениюматериала в направлении, параллельном осипечи:.Высота параллелепипеда соответствуетвысоте сегмента, занятого материалом (см. рис. 10).

Тогда площадьпрямоугольника равна, а объем материала, сходящего собреза печи в единицу времени,.

Высота сегмента,занятого материалом,(соответствующая высотепараллелепипеда на рис. 10),находится из простых соображений:

.(18)

Зная высоту сегмента,можно найти центральный угол сегмента,занимаемого материалом:

.(19)

В этих формулах:

, – параметры слоя извести при выгрузке;

– плотность извести;

– производительность печи.

При загрузкеизвестняка на холодной (загрузочной)головке в единицу времени впечь поступает под углом естественногодинамического откоса некоторая масса сыпучего материала.Определимвеличину объема материала,загружаемого в печь в единицу времени. Как показываютнесложные геометрические оценки, егообъем больше выгружаемого объема за счетдополнительной насыпной массы материала,поступающего из загрузочного бункера, ипредставляет собой сумму объемов трехчастей (рис. 12): (который равен объему ), и :

(20)

Отношение объемов призагрузке и выгрузке

(21)

При R=2 м, п = 4о, D = 45о и = 1 м отношение этих объемовсоставляет1,57. Изменение величины загрузки, т.е.изменение,практически не сказывается на величине отношения.Например, при уменьшении величины в 2 раза отношенияравно 1,5675, т. е. изменение ничтожно мало. Таким образом, можнопринять отношение объемов равным 1,6.

Тогда параметры слоя и при загрузке известнякаопределяются по аналогичным формулам (приэтом необходимоиспользовать свойства известняка вместосвойств извести: плотностьизвестняка = 1,700т/м3):

,(22)

.(23)

Площадь сегментаF, занятогоматериалом (рис. 10), определяется по формуле:

(24)

При этом определяетсявремя нахождения материала и количествопадений частицы приперемещении материала взоне, что позволяет затем рассчитать энергию,затраченную на истирание материала, и присоставлении материальногобаланса определитьколичество образовавшейся пыли. Зависимостьскорости движения материала в первой зонеи высоты сегмента h, занятого материалом,от массы загружаемого известнякаприведена на рис. 13

Рис. 13. Зависимостьскорости движения материала в первой зонеи высоты сегментаh, занятогоматериалом, от массы загружаемогоизвестняка

  1. Модель движениягазообразных продуктов, которая позволяетв любой точке по длине печи определятьусредненные скорости газового потока,необходимые для расчетакоэффициентов теплообмена,в любой точке по длине печипри изменениях расходов природного газа ивоздуха.
    1. Модель расчетакоэффициентов конвективного ирадиационного теплообменов для поверхностей футеровки иобрабатываемого материала.
    2. Модельтеплопроводности для сферической частицыобрабатываемогогранулированногоматериала, которая используетаппроксимацию уравнения теплопроводности в сферическихкоординатах. Она позволяетполучить распределение температур посечению частицы обрабатываемого материала. Приэтом определяется массовая доля материала, подвергнутогодегидратации при перегреве материала выше 100°С,декарбонизации МgСО3при перегреве материала выше 700 оС и декарбонизацииСаСО3 приперегреве выше 800 °С. В дальнейшем это позволяет оценитькачество производимойизвести по показателю ПМПП. Распределениетемператур по радиусу частицы материалаприведено на рис. 14.

Рис. 14. Распределениетемператур по радиусу сферической частицыотожженной извести

    1. Модельвычисления мощности тепловыделения,которая позволяет определитьтепловыделение от сжигания природногогаза по длине факела в зонахпечи. При идентификации моделивращающейсяпечи варьируется длина факела и еготемпература.
    2. Модельвычисления мощности тепловыделения,которая позволяет определитьтепловыделение от сжигания природногогаза по длине факела в зонахпечи. При идентификации моделивращающейся печи варьируется длина факелаи его температура.
    3. Модель расчетатепловых потерь, которая предусматриваетдва режима работы печи. Длястационарного режима потери теплачерез футеровку считаются поодномерному уравнению стационарной теплопроводности в цилиндрическихкоординатах. Для режима разогрева потери тепла через футеровку считаются по базовойчисленной модели решениядвумерного уравнения нестационарнойтеплопроводности дляполого цилиндра. При идентификациимодели работы вращающейсяпечи рассчитанные температуры кожухапечи сопоставляются сэкспериментальными значениями.
    4. Модель расчетатеплового баланса для каждой зоны, котораяпредусматривает расчет статей баланса,а также определение температурыгазового потока с использованиемитерационной процедуры.
    5. Модель расчетаматериального баланса дляобрабатываемого гранулированного материала, которая учитываетпроцессы пылеобразования, пылеуносаи пылеулавливания. При этомпринимается,что гранулометрический состав пыли при прочих равныхусловиях определяется гранулометрическим составом материала, а в процессеизмельчения (истирания) в каждый момент времени участвует невесь слой материала, находящийся в i-ой зоне, а только пересыпной слой.Используяизвестное соотношение КикаЕ = RIn(x1/x2) ивычислив энергию, затраченную на истирание при падении частицпересыпающегося слоя материала, определяется размер частиц послеистирания и, тем самым– масса образующейсяпыли. Коэффициент R настраивается по результатамэксперимента при идентификациимодели.

Масса уносимой пылиопределяется скоростью витания. Еслискорость потока равнаскорости витания, то масса уносимой пылибудет равна массе всейобразовавшейся в i-ой зонепыли.

Масса осаждаемой пылиопределяется, исходя из того, что впылеулавливании участвует только торцеваяповерхность слоя пересыпающегося материала. При этом значения коэффициента, учитывающегостепень улавливания пыли материалом (0 1), рассчитываютсяпри настройке модели по результатамэксперимента.

Модель учитываеттакже уменьшение массы обрабатываемогоматериала i-ой зоны за счетдегидратации при перегревематериала выше 100 °С, декарбонизации МgСО3при перегреве материала выше 700 оС и СаСО3 при перегреве выше 800 °С, для чегоиспользуются ранее вычисленныемассовые доли.

    1. Модель расчета материальногобаланса для газообразных продуктов,которая учитывает выделениетехнологических газов из обрабатываемогоматериала, атакже позволяет вычислить содержаниепыли в газовом потоке.

Укрупненнаяблок-схема алгоритма математическоймодели вращающейся печи приведена на рис. 15.

Входные величинымодели: гранулометрический и химическийсостав известняка, его температура,влажность, плотность; конструктивные параметры печи, горелки, составтоплива. Изменяемые величины: загрузкапечи, расход топлива, расход воздуха,скоростьвращения печи.

Рис. 15. Укрупненнаяблок-схема модели вращающейся печи

Пример результатовмоделирования работы вращающейся печи(без предварительногоподогрева известняка) приведен на рис.16. На этом же рисунке представлены результатыэкспериментального исследования,выполненного специалистами ВНИИСТР’ома на ИДП ОАО«ММК». Кривые измененияПМПП (потерь материала при прокаливании) практически совпадают,что свидетельствует обадекватности модели.

Рис. 16. Сопоставлениерезультатов моделирования и эксперимента(отборы проб материала производились черезспециально сделанные лючки № 1, № 2 и № 3,расположенные, соответственно, нарасстояниях 22,3, 36,2 и 54,5 м от холодного концапечи)

Рассчитывая скоростипо рабочему пространствувращающейся печи иучитывая при этом загрузкупечи сырьем, его фракционный и химическийсостав, можно на каждомучастке определить состояниеобрабатываемого материала–температурное распределение по объемучастицы. Зная температуру, можно оценить степень протеканияфизико-химических процессов вобрабатываемом материале.Привлечение информации о значениискоростейдает возможность рассчитать пылеунос и пылеулавливание. Всеэто позволяет судить о качестве известии совершенстве применяемойтехнологии обжига известняка.

Подобныематематические модели функционированияпечи являются основой системавтоматизированного управления (АСУ),которые производители мощных горелочных устройствдля вращающихся печей (например, австрийская фирма«UNITERM – CEMCON GmbH») поставляют вкомплексе сгорелками (стоимость такихкомплексовдостигает несколько миллионов рублей).

Разработаннаяматематическая модель на данном этапевремени планируется к внедрению в управление технологическимпроцессом работы вращающейся печи по обжигу известняка ИДП ОАО«ММК».

6. АДАПТАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХРЕЗУЛЬТАТОВ К ДРУГИМ ПРОЦЕССАММЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Во многих агрегатах итехнологических комплексахметаллургического производстваиспользуют разнообразные тягодутьевыеустройства, где применение разработаннойорганизации истечения потока газа черезсопло с центральным телом экономическицелесообразно, т. к. это обеспечивает, посравнению с традиционными методами,повышенную степень эжекции и улучшениесмешения эжектируемой и эжектирующейсред.

Наиболее родственнымисферами применения полученных результатовявляются производство ожелезненногодоломита для конвертерного производства,которое существляется во вращающихсяпечах ОАО «Магнитогорскийцементно-огнеупорный завод» (ОАО «МЦОЗ»), иизготовление шлакообразующих смесей (ШОС)для конвертерного производства надочернем предприятии ОАО «ММК»«Шлаксервис».

Горелка для вращающихсяпечей производства долмитизированнойизвести на ОАО «МЦОЗ», длина которых вотличие от известняковообжигательныхпечей значительно больше и составляет 150 ми в которых используется мокрый способпроизводства, должна обеспечивать длинный,устойчиво работающий факел и значительнуютепловую мощность. Разработанная авторомконструкция горелки с центральным теломтипа ГЦТ позволяет получить факел большойдлины с высокой температурой и, кроме того,обеспечивает хорошее смешение топлива своздухом, что создает концентрированную счеткими границами зону горения (рис.17).

По предложенной авторомметодике были рассчитаны параметры и наоснове базовой конструкции горелочногоустройства с центральным телом быласпроектирована, изготовлена и внедренагорелка ГЦТ-Ц для вращающихся печей ОАО«МЦОЗ». Вид головки горелки с полностьювыдвинутым центральным телом сноминальной часовой производительностьюпо газу 6000 м3/ч представлен на рис. 17. Внедрение вэксплуатацию этого горелочного устройствапозволило получить экономический эффект в5 100 000 руб./г.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»