CC BY
16
УДК 662.6
М. А. Таймаров, Д. А. Ефремов, Т. О. Степанова
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ МАСЛОЭМУЛЬСИОННЫХ ОТХОДОВ
Ключевые слова: дымовая труба, дымосос, рекуператор, циклонная топка, горелка, форсунка.
В данной статье рассматривается повышение энергоэффективности технологии термического обезвреживания маслоэмульсионных отходов в ОАО «Выскунский металлургический завод».
Keywords: Mmney, exhaust fan, heat exchanger, cyclone furnace, burner, nozzle.
In this article increase of energy efficiency of technology of thermal neutralization the masloemulsionnykh of waste in JSC Vyskunsky Steel Works is considered.
На металлургических заводах крайне остро стоит проблема повышения энергоэффективности технологии термообезвреживания
маслоэмульсионных производственных отходов. В данной статье исследуется тепловой энергобаланс и пути повышения энергоэффективности установки термообезвреживания ОАО «Выксунский металлургический завод».
Характеристика объекта исследования
Установка термообезвреживания путем термодожигания предназначена для сжигания эмульсии и отработанного масла в циклонной топке, футерованной огнеупорным кирпичом. Камера отапливается природным газом с помощью двух горелок типа ГНП-6АП, установленных тангенциально в боковых поверхностях топки и одной горелки ГНП-2 АП, установленной на своде топки.
Установка состоит из следующих узлов:
- циклонной топки для сжигания органических маслообразных отходов в эмульсии;
- двух баков накопителей маслоотходов с двумя циркуляционными насосами;
- форсунки для подачи эмульсии в топку;
- дымопровода с рекуператором;
- дымовой трубы с дымососом,
Баки накопители представляют из себя цилиндрическую емкость из листового металла объемом 80 м3. Баки установлены вне помещения, поэтому они утеплены и имеют паровую рубашку для подогрева эмульсии. Подача эмульсии к форсунке, а также перемешивание эмульсии в баках для усреднения её по составу осуществляется при помощи закольцованной циркуляционной системы и двух насосов К80-65-160, один из которых резервный. Давление маслоэмульсии в системе до 2 кгс/см2. Распыление эмульсии в форсунке осуществляется сжатым воздухом давлением 6,5 кгс/см2.
Циклонная топка представляет из себя цилиндрическую камеру из листового металла диаметром 1920 мм и высотой 3800 мм. Диаметр рабочего пространства 1200 мм.
Воздух на горение подаётся при помощи вентилятора ВР-12-26 №4 производительностью
кгс/м . Воздух металлическом Максимальная
2500 м3/ч и давлением 400 подогревается в трубчатом рекуператоре типа РТ-25-16. температура подогрева воздуха 400 0С. Часть воздуха на горение подается на горелки, а часть на водоохлаждаемые фурмы, расположенные по две с каждой стороны. Воздух на фурмы подается для дожигания масел в эмульсии.
Дымовые газы, а так же пары воды удаляются через дымопровод, расположенный в нижней части топки, и далее через рекуператор при помощи дымососа ДН-11.2У удаляются в трубу. При температура дымовых газов более 250 0С предусмотрено разбавление дымовых газов холодным воздухом через патрубок с регулирующим дросселем. На установке термодожигания предусмотрена система контроля следующих параметров:
- расход газа на установку;
- расход воздуха на горение и на фурмы;
- расход сжатого воздуха;
- температура в топке, перед рекуператором, после рекуператора;
- температура подогрева воздуха в рекуператоре;
- давление газа и воздуха в газопроводе и перед горелками;
- давление сжатого воздуха и давление эмульсии на форсунку.
Для обеспечения безопасной работы установки дожигания предусмотрена автоматика безопасности с отсечкой природного газа клапаном ПКН-100, с подачей световой и звуковой сигнализации при:
- падении давления газа и воздуха ниже 100
кгс/м2
- падении разрежения в топке ниже 5 кгс/м2;
- при повышении температуры перед дымососом более 2500С
- при падении давления сжатого воздуха ниже 2,0 кгс/см2;
- понижении давления эмульсии ниже 0,5 кгс/см2 .
- повышении давления эмульсии более 1,5 атм.
Для безопасной работы горелки предусмотрен
контроль факела боковых горелок. Технические характеристики установки и горелок
приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Проектные технические характеристики установки термодожигания маслоэмульсионных отходов
№ п/п Наименование Обозначение Величина
1 Назначение установки термодожигание маслоотходов
2 Тип установка циклонная топка
3 Состав отходов: масло г/л масло - 20 вода - 80
4 Производительность т/час 0,5
5 Давление эмульсии кгс/см2 2, 0 - 4,0
6 Тип и количество горелок ГНП-6АП ГНП-2 АП 2 шт 1шт
7 Расход природного газа м3/час 120
8 Давление газа - в газопроводе - на установку кгс/м2 кгс/м2 800 500
9 Давление воздуха на установку кгс/м2 400
10 Расход сжатого воздуха на распыление маслоотходов м3/час 500
11 Давление сжатого воздуха кгс/см2 4,0 - 6,0
12 Расход воздуха на горение м3/час до 2500
13 Температура подогрева воздуха 0С до 400
14 Разрежение: - в топке - перед дымососом Па 50-150 800
15 Тип рекуператора металлический петлевой
16 Температура в топке 0С 1200
17 Температура перед рекуператором 0С до 1000
18 Температура перед дымососом 0С до 250
Техническая характеристика горелки ГНП-6АП
№ п/п Наименование Единицы измерения Величина
1 Тепловая мощность, максимальная кВт 1370
2 Номинальное давление - газа - воздуха кПа 4,0 3,25
3 Номинальный коэффициент избытка воздуха - 1,05
4 Коэффициент рабочего регулирования - 10
5 Номинальная длина факела мм 1680
Техническая характеристика горелки ГНП-2АП
№ п/п Наименование Единицы измерения Величина
Тепловая мощность, максимальная кВт 130
Номинальное давление - газа - воздуха кПа 4,0 1,6
Номинальный коэффициент избытка воздуха - 1,05
Коэффициент рабочего регулирования - 10
Номинальная длина факела мм 260
Испытания проводились по методикам и с изложенного в работах [1-4]. Результаты испытаний
использованием оборудования, описание которого приведены в табл. 2.
Таблица 2 - Результаты испытаний установки термодожигания, тепловой баланс установки, технические мероприятия по повышению эффективности
Наименование Единицы Производительность, м3/ч
показателей измерения 0,48 0,50 0,60 0,70 - 0,72
1.Расход:
природного газа м3/ч 84 98 105
вентиляторного воздуха на горение газа и м3/ч 1220 1480 1650
эмульсии
сжатого воздуха на распыление эмульсии м3/ч 145 145 145
2. Давление:
газа на установку кгс/м2 415 300 230
газа перед горелкой: - №2 кгс/м2 27 - 30 40 - 45 50 55
- №3 27 - 30 40 - 45 50 55
воздуха на горелку: - №2 кгс/м2 70 - 75 85 - 90 115 120
- №3 70 - 75 85 - 90 115 120
сжатого воздуха на распыление эмульсии кгс/см2 6,2 6,0 6,0
3.Температура:
в рабочем пространстве топки °С 1096 1182 1140
продуктов сгорания перед рекуператором °С 758 763 766
продуктов сгорания перед дымососом °С 165 / 173 172 / 183 195 / 197
стационарный/ ДАГ-500
воздуха после рекуперат. °С 257 238 240
4.Разрежение:
в циклонной топке кгс/м2 10 15 10 - 15 10 15
после рекуператора кгс/м2 20 25 20 - 25 20 25
перед дымососом кгс/м2 50 55 60 - 65 60 65
5. Состав продуктов
сгорания: Т1-перед рекуператором Т1 Т2 Т1 Т2 Т1 Т2
Т-2 - перед дымососом
О2 % 7,6-7,8 18,6-18,8 7,6 18,6-18,8 7,8-7,9 18,- 6
СО ррт 21-73 0 106 0 140 0
СО2 % 7,3-7,5 1,3-1,4 7,3-7,5 1,3 7,3-7,5 1,3
КОх РРт 176 22 188 29 186 26
КОх приведенное к а= 1 РРт 568 395 618 536 615 478
Коэффициент избытка воздуха а - 1,5-1,57 8,37-8,7-4 1,58-1,60 8,8-9,0 1,59-1,61 8,75-8,96
Тепловой баланс установки термодожигания маслоэмульсионных отходов
Приход тепла, МДж/час Расход тепла, МДж/час
Параметр Значение Параметр Значение
Химическая теплота 3528 Расход теплоты на 2878
сгорания топлива утилизацию эмульсии
Теплота от сгорания 2160 Потери теплоты с 1838
масла в отходах уходящими газами
Тепло, вносимое 451 Потери теплоты от наруж- 526
подогретым воздухом, ного охлаждения печи
- - Неучтенные потери 297
Итого 6139 Итого 6139
Технические мероприятия по повышению энергоэффективности установки термодожигания маслоэмульсионных отходов
Мероприятие Затраты тыс. руб. Энергоэффективность Срок окупаемости, лет
1. Замена 3-х горелок 1075 Годовая экономия 10 % 3,8
на 3 газовые горелки газа при цене 4,61
"^Иаир! мощ- руб./куб.м составляет
ностью по 0,5 МВт. 283 тыс. руб.
2. Установка частотно- 74 Годовая экономия 4,3
регулируемого привода ЕИШбОИБ - электроэнергии на 3 кВт мощности составляет 17,4
4Е на 3 кВт (или тыс. руб.
Данфос) на дымосос
Обработка результатов испытаний
По результатам испытаний выполнены расчеты с использованием методик, данных и формул, изложенных в работах [5-8]. По результатам расчетов составлен тепловой баланс установки (табл. 2).
Выводы
1. Установка термодожигания маслоэмульсионных отходов работает с большими коэффициентами избытка воздуха 1,50... 1,61 по сравнению с требуемыми 1,2.1,25.
2. Температура уходящих газов достаточно велика и составляет перед дымососом по результатам испытаний 165.197 °С вместо требуемых 130.140 °С.
3. Для поддержания требуемых коэффициентов избытка воздуха и температуры уходящих газов необходима замена 3-х существующих горелок на 3 современные горелки Weishaupt мощностью по 0,5 МВт.
4. Для поддержания требуемого разрежения в топке необходимо оснащение дымососа частотно-регулируемым приводом РЯШ60Р18 - 4Е (или Данфос) мощностью 3 кВт.
Литература
1. Трембовля В.И., Фингер Е.Д., Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. -М.: Энергия, 1977. 296 с.
2. Геращенко О.А. и др. Температурные измерения. Справочник. Киев. Наукова думка, 1984. 494 с.
3.Таймаров М.А. Лабораторный практикум по курсу «Котельные установки и парогенераторы». Казань, КГЭУ, 2002. 140 с.
4. Таймаров М.А.,Забелкин С.А., Гильфанов К.Х, Грачев А. Н. Экспериментальное исследование термической
переработки древесины. Вестник Казанского технологического университета. 2012, т. 15, № 4, с. 52-53.
5. Тымчак В.М. и др. Расчет нагревательных и термических печей. М., Металллургиздат, 1983, 481 с.
6. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод, С.-П., АОО НПО ЦКТИ. 1998, 258 с.
6. Таймаров М. А. Расчет тепловых показателей установки сжигания смазывающих охлаждающих жидкостей. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015612404 от 18 февраля 2015 г.
7. Сафин Р.Г., Исхаков Т.Д., Гайнуллина А.А., Степанова Т.О., Хабибуллина А.Р. Разработка композиционных материалов на основе древесных отходов. // Деревообрабатывающая промышленность. - 2014. - №6. - С. 32-37.
8. Сафин Р.Г., Степанов В.В., Исхаков Т.Д., Гайнуллина А. А., Степанова Т.О. Новые исследования и разработки в области получения древесно-композиционных материалов на основе древесных отходов. // Вестник технологического университета. - 2015. -Т. 18. №6. - С. 139-142.
9. Степанова Т.О., Мусин Х.Г., Хабибуллин И.Г. Тепловлажностная обработка древесно-композиционных материалов. // Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе сборник научных статей Первых Международных Лыковских научных чтений, посвященных 105-летию академика А.В. Лыкова. Москва, 2015. С. 324-326.
10. Сафин Р.Г., Зиатдинова Д.Ф., Сафина А.В., Степанова Т.О., Крайнов А.А. Современные направления переработки лесных ресурсов. // Вестник технологического университета. - 2015. -Т. 18. №15. - С. 144-148.
11. Сафин Р.Г., Галиев И.М., Степанова Т.О., Разработка террасных досок и плит из древесины-полимерных композиционных материалов / Деревообрабатывающая промышленность. 2015, в.3, с.56-60.
© М. А. Таймаров - д-р техн наук, профессор каф. ПДМ КНИТУ, [email protected]; Д. А. Ефремов - ст. лаборант каф. КУПГ КГЭУ, [email protected]; Т. О. Степанова - магистрант каф. ПДМ КНИТУ, [email protected].
© M. A. Taymarov - Doctor of Engineering, professor of chair of processing of wood materials, KNRTU, [email protected]; D. A. Efremov- senior laboratory assistant of the Department. KUPG, Kazan state power engineering University; [email protected]; Т. О. Stepanova - undergraduate of chair of processing of wood materials, KNRTU, [email protected].
