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 поставленнойзадачи. Всвязи с этим,примоделировании учитываются: теплогенерация,движениегазовой среды, встречное движениеобрабатываемого материала, внешний ивнутренний теплообмен, физико-химическиепревращения в обрабатываемом материале.Необходимо учесть такжепылеобразование за счет истиранияматериала при его движении, пылеуноспотоком газа и одновременное осаждениечасти пыли, содержащейся в газовом потоке, наобрабатываемом материале (рис. 10).

При создании моделиработы вращающейся печи по обжигу известняка печи вся длина печиразбита на N зон. В каждой зоне постоянными считаются: скорости движенияматериала и газообразных продуктов; высота и центральный уголсегмента, занятого обрабатываемым материалом; теплофизическиепараметрыматериала и газообразныхпродуктов. Для каждой зоны рассчитываютсяматериальный и тепловойбалансы.

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)

Математическаямодель работы вращающейся печи пообжигу известняка включает рядмодулей.

  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 формулеМ.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 соответствуетвысотесегмента, занятого материалом (см. рис. 10).

Тогда площадьпрямоугольника равна, а объем материала,сходящего с обреза печи в единицувремени,.

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

.(18)

Зная высоту сегмента,можно найти центральный угол сегмента,занимаемогоматериалом:

.(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 массасыпучего материала. Определим величинуобъема материала, загружаемого в печь вединицу времени. Как показывают несложные геометрическиеоценки, егообъем больше выгружаемого объема за счетдополнительной насыпной массы материала,поступающего из загрузочного бункера, и представляет собой сумму объемовтрех частей (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(при этом 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 массызагружаемого известняка приведена на рис. 13

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

  1. Модель движениягазообразных продуктов, котораяпозволяетв любой точке по длинепечи определять усредненные скоростигазового потока, необходимые для расчета коэффициентовтеплообмена, влюбой точке по длине печи при измененияхрасходов природного газа и воздуха.
    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 позволяетоценить качество производимой извести попоказателю ПМПП. Распределение температур порадиусу частицы материала приведено нарис. 14.

Рис. 14. Распределениетемператур по радиусу сферической частицыотожженной извести

    1. Модельвычисления мощности тепловыделения,которая позволяет определить тепловыделение отсжигания природного газа по длине факела в зонах печи. Приидентификации модели вращающейся печи варьируетсядлина факела и его температура.
    2. Модельвычисления мощности тепловыделения,которая позволяет определить тепловыделение отсжигания природного газа по длине факела в зонах печи. Приидентификации модели вращающейся печиварьируется длина факела и еготемпература.
    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 футеровкусчитаются побазовой численной моделирешения двумерного уравнениянестационарной теплопроводности для полого цилиндра. Приидентификации моделиработы вращающейся печи рассчитанныетемпературы кожуха печисопоставляются с экспериментальнымизначениями.
    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 не весь слойматериала, находящийся вi-ой зоне, атолько пересыпной слой. Используя известноесоотношение Кика Е = RIn(x1/x2) ивычислив энергию, затраченную на истирание при падении частицпересыпающегося слоя материала, определяется размер частиц послеистирания и, тем самым– масса образующейся пыли. Коэффициент R настраивается порезультатам эксперимента приидентификации модели.

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

Масса осаждаемой пылиопределяется, исходя из того, что впылеулавливании участвует только торцеваяповерхность слоя пересыпающегося материала. Приэтом значения коэффициента,учитывающего степень улавливанияпыли 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 нарис. 15.

Рис. 15. Укрупненнаяблок-схема модели вращающейся печи

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

Пример результатовмоделирования работы вращающейся печи(без предварительногоподогрева известняка) приведен на рис.16. На этом же рисунке представленырезультаты экспериментальногоисследования, выполненного специалистамиВНИИСТР’омана ИДП ОАО «ММК». Кривые изменения ПМПП (потерь материала припрокаливании) практическисовпадают, что свидетельствует об адекватности 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 пообъему частицы. Зная температуру, можно оценить степень протеканияфизико-химических процессов в обрабатываемомматериале. Привлечение информации означении скоростей дает возможностьрассчитать пылеунос ипылеулавливание. Все это позволяет судить окачестве извести исовершенстве применяемой технологииобжига 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 такихкомплексов достигает несколько миллионоврублей).

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»