1 (59), 2011 124 / The results of numerical modeling of heating operation of furnace of the metal high-speed jet heating are given. и. А. тРуСоВА, Д. В. МЕНДЕлЕВ, П. Э. РАтНикоВ, БНту УДК 620.9:662.92 выБор горелоЧНого устроЙства При ПроиЗвоДстве клиНкера во вращающиХся ПеЧаХ В работах [1,2] отмечены основные требова- ния, предъявляемые к пылеугольным горелкам, используемым во вращающихся печах, включаю- щие полное сгорание топлива; широкий диапазон регулирования; минимальные вредные выбросы и низкие скорости истечения продуктов сгорания при входе в печь. Последнее обстоятельство вызвано обеспече- нием минимального уноса пыли при обработке тонкодисперсного материала. Наряду с общими требованиями к пылеуголь- ным горелкам вращающихся печей такого класса предъявляются ряд специфических требований. Прежде всего, горелки должны обеспечивать со- став и температуру газовой среды в объеме печи, необходимые условиям протекания процесса в слое. При торцевом отоплении печей горелки в основ- ном должны обеспечивать максимально возмож- ную длину факела. При этом факел в отдельных случаях не должен касаться футеровки печи и об- рабатываемого материала для исключения его спе- кания. Поэтому горелочные устройства должны позволять регулировать характеристики факела: длину, форму, положение в печи и т. д. Поскольку все имеющиеся в энергетике пыле- угольные горелки обеспечивают получение лишь короткого и широкого факела (максимальная дли- на 10–15 м), заполняющего весь объем топки [2], то применение подобных горелок во вращающих- ся печах цементной промышленности нецелесо- образно, поскольку они не соответствуют в полной мере требованиям обжига клинкера. Длина факела горелок при использовании при- родного газа составляет 20–45 м. Исходя из изло- женных требований, по результатам анализа тех- нической литературы установлено, что наиболее удовлетворяет указанным выше требованиям уни- версальная горелка австрийской компании Uni- therm-Cemcon системы M. A. S. (mono air-duct sys- tem), способная работать, как утверждают офици- альные производители, на любом органическом топливе (природный газ, низко- и высококалорий- ные угли и их пыли, древесные опилки, любые за- грязненные масла и т. д.) (рис. 1). Рассматриваемая горелка имеет функцию регулируемой степени пе- ремешивания пылеугольного топлива и первично- го воздуха за счет применения гибкого устройства закрутки потоков, состоящего из бронированных шлангов. Закрутке может подвергаться также либо поток первичного воздуха, либо поток пылеуголь- ного топлива. Последнее представляется более ра- циональным, так как поток воздуха выполняет не только функцию компонента горения, но и являет- ся средой для охлаждения корпуса горелки. Таким образом, в связи с ростом стоимости природного газа наряду с решением главных задач – увеличением объема производства и снижением расхода энергоносителей использование подоб- ного типа горелок в данных условиях является весьма перспективным для дальнейшего анализа и расчета. Рис. 1. Универсальная горелка Unitherm M. A. S. 1 (59), 2011 / 125 На рис. 2 приведены рекомендуемые углы от- клонения шлангов специальной насадки для до- стижения различных длин факела. Регулировать углы можно с помощью специального регулятора, шкала на котором меняется от 1 до 9, а углы соот- ветственно − от 0 до 40°. На основе многостороннего анализа данных по универсальным горелочным устройствам, которые были разработаны и установлены на вращающих- ся печах разной производительности и размеров в цементной промышленности фирмой Unitherm- Cemcon, была создана номограмма по их выбору в зависимости от размеров печи (рис. 3). Кривые на номограмме аппроксимированы по- линомом 2-го порядка. Методом анализа и всестороннего учета всех факторов, влияющих на выбор горелки, было по- лучено выражение для расчета мощности подби- раемой горелки: где – эмпирическая полиномиальная зависимость от размера печи и горелки (рис. 3); P – производительность печи по клинкеру, т/сут; η – проектируемая энергоемкость печи, кг у. т./т клинкера. В качестве проектируемой энерго-емко- сти принимались мировые стандарты, находящие- ся на уровне 130 кг у. т./т клинкера; Т2 – темпе- ратура подогрева вторичного воздуха, оС; − те- оретически необходимый объем воздуха для горе- ния твердого топлива, м3/кг [3]; − теплота сгорания твердого топлива, определяемая в соот- ветствии с составом топлива по формуле Менделе- ева [3], МДж/м3; AR – доля первичного воздуха от суммарного (для горелок M. A. S. – максимальное значение AR = 0,15). При выборе размера самой горелки (в назва- нии горелки М. А. S. – это цифра) необходимо пользоваться следующей системой критериев, по- лученных аналитическим методом: где v1 – скорость истечения первичного воздуха, м/c; I1 – удельный момент первичного воздуха, Н/МВт. Как правило, такой тип горелок проекти- руется с данным параметром в пределах 5–12 Н/МВт, однако, как утверждает сама фирма-произ водитель, достаточно иметь 5–8 Н/МВт; Хсм – длина зоны смешения, м; d – диаметр форсунки, через кото- рую вдувается пылеугольное топливо, м; n – коли- чество форсунок (как правило, в таких горелках принимается равным 12–15); m – коэффициент смешения (как правило, принимается равным 0,14–0,17); T1 – температура первичного воздуха (как правило, используется холодный воздух, для того чтобы охлаждать корпус горелки). Таким образом, наиболее приемлемым вариан- том использования пылеугольных горелок на пред- приятиях цементной промышленности Республи- ки Беларусь являются универсальные горелки си- Рис. 2. Углы распыления за счет изгиба шлангов: а – 10° (положение регулятора 1,5) – максимальная длина пламени; б – 35° (положение регулятора 8, 4) – минимальная длина пламени Рис. 3. Номограмма по выбору специального коэффициента для расчета мощности горелки 1 (59), 2011 126 / ки Беларусь являются универсальные горелки си- стемы M. A. S., расчет и выбор которых осущест- вляется согласно приведенной выше методике. На предприятиях ОАО «Красносельскстройма- териалы» и ПРУП «Белорусский цементный за- вод» установлены пять горелок системы M. A. S: 4 шт. – M. A. S./5/EG. X и 1 шт. – M. A. S./3/EG. SG (производитель Unitherm-Cemcon). Первый тип горелок работает на природном газе и вто- ричных отходах, второй тип – на природном газе и мазуте. Энергоемкость производства цементной про- мышленности [4] на конец 2006 г. составила око- ло 200 кг у. т./т, что является завышенным, учи- тывая показатели мировых стандартов (на уров- не 130 кг у. т./т). Для снижения приведенного выше показателя и увеличения объемов производства необходим пере- вод печей цементной промышленности на отопление пылеугольным топливом, осуществляя выбор уни- версальных горелочных устройств системы M. A. S. с помощью разработанной методики. Литература 1. В и н т о в к и н А. А., Л а д ы г и ч е в М. Г., Г у с о в с к и й В. Л. Горелочные устройства промышленных печей и топок: Справ. М., 1999. 2. Л и с и е н к о В. Г., Ш е л о к о в Я. М., Л а д ы г и ч е в М. Г. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и эколо- гия: Справ. изд.: В 2-х кн. Кн. 2. М.: Теплотехник, 2004. 3. Металлургические печи. Теория и расчеты: Учеб. В 2-х т. Т. 1 / Под общ. ред. В. И. Тимошпольского, В. И. Губинского. Мн.: Белорусская наука, 2007. 4. Экономическая газета. Вып. № 59(1078) от 10.08.2007 г.