Технологические возможности использования природного газа в шахтных печах для обжига известняка

Одно из направлений совершенствования технологий обжига известняка в шахтных печах связано с улучшением условий горения природного газа при сжигании его непосредственно в слое материала. Для реализации такой технологии необходимо обеспечить развитие двух параллельных процессов: подготовительного, при котором происходит формирование исходной газо-воздушной смеси и подогрев ее до температуры воспламенения, и основного, в течение которого происходит слоевое горение газообразного топлива. При фурменной подаче воздушного дутья и соосной струйной подаче газообразного топлива под повышенным давлением при наличии на пути струй газопроницаемой насадки более мощный газовый поток (природный газ), вытекающий из сопла с высокой скоростью во внешнюю среду, создает условия для эжектирования воздушного потока. Внутри кольцевого пространства между потоками формируется зона горения, на внутренней и внешней стороне которой возникают циркуляционные вихри, направленные вдоль оси струи к соплу, улучшающие стабильность воспламенения газо-воздушной смеси. Значительная дальнобойность турбулентных струй при повышенных давлениях газовой среды, а также возможность достаточного (полного) их перемешивания в пограничном слое, открывает возможность формирования газовоздушной смеси заданного состава вдоль фронта факельного процесса движения газовых струй. Для воспламенения газового потока в слое необходимо обеспечить его предварительный подогрев как минимум до температуры 800 – 1050 °С с использованием источника тепла, располагаемого вблизи его вх да. Энергоэффективность этого направления подтверждена экспериментальными исследованиями на шахтной печи с диаметром рабочего пространства 3 м. По результатам экспериментального зондирования отапливаемой зоны шахтной печи для обжига известняка в режиме слоевого способа сжигания природного газа были установлены закономерности изменения температурного поля обжигаемого слоя с формированием максимума температур 1200 °С на расстоянии 200 мм от среза сопла. Глубина формирования зоны горения ограничивалась уровнем 110 мм с распространением области высоких температур на расстояние до 1000 мм. Установлена технологическая возможность формирования области высоких температур с уровнем 1100 – 1600 °С при протяженности высокотемпературной зоны вглубь в пределах до 2000 мм.

1. Телегин А.С., Швыдкий В.С., Ярошенко Ю.Г. Тепломассоперенос / Под ред. Ю.Г. Ярошенко. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. – 455 с.

2. Hannes Piringer. Lime shaft kilns // Energy Procedia. 2017. Vol. 120. August. P. 75 – 95.

3. Hui Dong, Jiu-ju Cai, Guo-sheng Wang etс. Experimental study on gas flow distribution affected by constructional parameters of pelletizing shaft furnace // Journal of Northeastern University (Natural Science). 2004. Vol. 24. No. 6. P. 563 – 566.

4. Chuan Cheng, Eckehard Specht. Reaction rate coefficients in decomposition of lumpy limestone of different origin // Thermochimica Acta. 2006. Vol. 449. Issues 1 – 2. P. 8 – 15.

5. Лисиенко В.Г., Лобанов В.И., Китаев Б.И. Теплофизика метал- лургических процессов. – М.: Металлургия, 1982. – 240 с.

6. Механика жидкости и газов / В.С. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко, Я.М. Гордон и др. / Под ред. В.С. Швыдкого. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. – 464 с.

7. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. – М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. – 690 с.

8. Rong W.J., Li B.K., Qi F.S. Combustion characteristics of calcium carbide furnace off-gas in a new type combustor of twin burn annular shaft kiln. Dongbei Daxue Xuebao // Journal of Northeastern University. 2018. Vol. 39. No. 2. P. 200 – 204.

9. Rong W.J., Li B.K., Qi F.S., Cheung S.C.P. Energy and exergy analysis of an annular shaft kiln with opposite burners // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 119. P. 629 – 638.

10. Донсков Е.Г., Лялюк В.П., Донсков А.Д. Газодутьевой режим и распределение газа в доменных печах // Сталь. 2014. № 3. С. 12 – 17.

11. Senegačnik A., Oman J., Širok B. Analysis of calcination parameters and the temperature profile in an annular shaft kiln. Part 1: Theoretical survey // Applied Thermal Engineering. 2007. Vol. 27. No. 7 – 8. P. 1467 – 1472.

12. Теория и практика интенсификации технологического про- цесса в шахтных агрегатах малого диаметра / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев. – М.: Теплотехник, 2010. – 379 с.

13. Матюхин В.И., Лобанов В.И., Гордон Я.М. Исследование усло- вий формирования зоны горения газа в слое железорудных ока- тышей // Изв. вуз. Черная металлургия. 1982. № 11. С. 18 – 21.

14. Гордон Я.М., Швыдкий В.С., Принц М.Я. и др. Влияние спосо- ба ввода дутья на равномерность газораспределения в шахтных печах // Изв. вуз. Черная металлургия. 1984. № 10. С. 103 – 106.

15. Senegačnik A., Oman J., Širok B. Analysis of calcination parameters and the temperature profile in an annular shaft kiln. Part 2: Results of tests // Applied Thermal Engineering. 2007. Vol. 27. No. 7 – 8. P. 1473 – 1482.

16. Гордон Я.М., Лобанов В.И., Матюхин В.И. Особенности изменения основных характеристик процесса горения газа в плотном слое с коэффициентом расхода воздуха, меньшим единицы. Сообщ. 1 // Изв. вуз. Черная металлургия. 1982. № 12. С. 101 – 105.

17. Кнорре Г.Ф., Палеев И.И. Теория топочных процессов / Под ред. Г.Ф. Кнорре. – М.-Л.: Энергия, 1966. – 491 с.

18. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Топливо. Рациональное сжигание, управление и технологическое использование: Справочное издание. – М.: Теплотехник, 2002. – 688 с.

19. Senegačnik A., Oman J., Širok Br. Annular shaft kiln for lime burning with kiln gas recirculation // Applied Thermal Engineering. 2008. Vol. 28. No. 7. P. 785 – 792.

20. Schwertmann T. Thermodynamic aspects of the counterflow lime burning process. Part 1 // ZGK International. 2004. Vol. 57. No. 8. P. 48 – 58.