ОБЖИГ ИЗВЕСТНЯКА В ШАХТНЫХ ПЕЧАХ НА ГАЗООБРАЗНОМ
ТОПЛИВЕ
Для того чтобы газообразное топливо полностью сгорело, необходимо
обеспечить хорошее перемешивание его с достаточным количеством воздуха и
минимальную температуру для воспламенения. В зависимости от типа системы
ввода природного газа
в шахтную печь и конструкции горелочных устройств
эти условия удовлетворяются разными способами.
Периферийная диффузионная горелка (см. рис. 72), широко применяемая в
шахтных печах, представляет собой отрезок трубы диаметром 25—40 мм с
соплом 2 на конце, вставленный в прямоугольное отверстие в футеровке 3
шахты.
Газ под давлением 100—1000 мм вод. ст. вытекает из сопла со скоростью
25—100 м/сек в слой известняка 1. Так как межкусковое пространство не
имеет прямых каналов, то энергия струи газа быстро падает от
столкновения с кусками сырья и глубина проникновения струи в слой
материала невелика (0,5—0,8 м от места ввода). Газ и воздух, двигаясь в
межкусковом пространстве шихты, перемешиваются относительно медленно и
полное сгорание топлива .происходит на пути 2,5—3 м от места ввода
(горелки).
При наличии в шихте значительного количества мелочи условия смешения
газа и воздуха ухудшаются и часть газа не успевает выгореть в зоне
обжига. Попадая в зону с температурой ниже 700°С (зона подогрева), газ
даже при образовании газовоздушной смеси не сгорает и выбрасывается
дымососом в атмосферу.
Периферийные диффузионные горелки самостоятельно применяются лишь в
шахтных печах щелевидного или эллипсного сечения с размером одной из
сторон не более 1,6 м. При этом необходимо использовать сырье с
отношением размера мелких кусков к крупным не более 1 : 1,6.
Для ввода газообразного топлива в центральную часть шахты широко
применяют диффузионные горелки в виде водоохлаждаемых балок (см. рис.
78).
Вода поступает в балочную горелку через .патрубок 7 с температурой
10—15° С, а выходит через патрубок 1 с температурой 60° С.
Газ и первичный воздух выходят через сопло 3 и патрубки 4 в подбалочное
пространство, где они смешиваются и газ частично сгорает. Основная же
масса выходящего из горелки газа .перемешивается со вторичным воздухом,
двигаясь в межкусковом пространстве шахты, ввиду чего процесс выгорания
газа растягивается по высоте шахты на 2,5—3 м.
Балочная горелка позволяет пропустить 400—600 мг/ч природного газа при
давлении 0,2—0,5 кГ/см2 и 1000—1500 м3/ч воздуха при потере напора 40 мм
вод. ст. Для ее охлаждения требуется от 2 до 5 м3/ч воды. Потери тепла с
охлаждающей водой достигают 10% от общего расхода тепла на единицу
продукции.
Применение воды в балке делает горелку опасной в эксплуатации. Для
предотвращения несчастных случаев в патрубке I на выходе воды из балки
установлен манометрический термометр ТС-100, подключенный к сигнальной и
предохранительной (клапан отсечки газа) аппаратуре.
Центральная (подовая) газовая горелка (см. рис. 75)
состоит из стального пирамидального корпуса 7, в который по отдельным
трубопроводам 3 и 1 подается природный газ (в камеру 4) и
рециркуляционный газ (в камеру 5). Природный и рециркуляционный газы
выходят через щели 2 под пирамидальный козырек 6 и перемешиваются под
ним, после чего образованная смесь выходит в зону охлаждения шахтной
печи.
Смесь газов, поднимаясь в воне охлаждения печи вверх, смешивается с
движущимся по шахте печи воздухом, образуя топливную смесь. Топливная
смесь (природный газ, рециркуляционный газ и воздух), достигнув низа
зоны обжига (температура 900°С и выше), воспламеняется и сгорает в
пределах зоны обжига.
Вводимый в горелку рециркуляционный газ представляет собой часть
отходящих печных газов и служит для разбавления природного газа.
Разбавление природного газа необходимо по следующим причинам. Природный
газ, как известно, состоит в основном из метана, пределы взрываемости
которого в смеси с воздухом 5—15%- Температура воспламенения метана и
смеси метана с воздухом 530—800° С.
Концентрация газа с воздухом в печи составляет 7—-10%, что находится в
пределах взрываемости природного таза. Таким образом, при вводе газа в
печь снизу в ней может образоваться взрывоопасная смесь, что
недопустимо. Для расширения пределов взрываемости топливной смеси в нее
вводят инертный газ (продукты горения).
Ввод инертного газа приводит также к повышению температуры воспламенения
топливной смеси, что очень важно для .предотвращения ее горения в зоне
охлаждения печи. При соотношении смеси природного газа и
рециркуляционного 1 :3 температура воспламенения смеси повышается до
900—1100° С, что способствует сжиганию основной массы газа в пределах
зоны обжига.
Известняк обжигают в три стадии, последовательно протекающие в зонах
подогрева, обжига и охлаждения печи.
Зона подогрева газовых печей составляет 35% полезной высоты шахты, что
позволяет снизить температуру отходящих газов до 300—350° С (без учета
подсосов холодного воздуха) и подогреть известняк в конце зоны до
температуры 900° С. Выходящие из зоны подогрева печные газы при
рациональном режиме содержат 24—26% углекислого газа (СО2) и 3—4%
кислорода (О2).
Зона обжига занимает 40% полезной высоты шахты. В зоне обжига происходит
сжигание природного таза и диссоциация известняка. Среднюю температуру
газов в зоне обжига поддерживают 1100—1200° С. Равномерность
распределения температуры газового потока по поперечному сечению шахты в
зоне обжига зависит от равномерности распределения газа и воздуха ПО
сечению шахты и условий их перемешивания. В результате
неблагоприятных условий смешивания газа и воздуха в
слое коэффициент избытка воздуха поддерживают в пределах а= 1,2-1,3.
Зона охлаждения занимает четвертую часть полезной высоты шахты и
служит для охлаждения извести до 80—120° С перед ее поступлением на
выгрузочный механизм.