<<
>>

Формирование ванны расплава в реакторе

После разогрева футеровки осуществляется образование ванны шлакового расплава в рабочем пространстве реактора


Рисунок 19 I Рекомендуемый график нагрева футеровки Для газификации угля в шлаке необходимо, чтобы объем шлако­вой ванны имел определенную величину.

Высота шлаковой ванны над уровнем продувочных фурм должна обеспечивать достаточное время контакта газифицирующего агента (кислорода) с замешанны­ми в шлаке частицами топлива. Из опыта известно, что при высо­те шлаковой ванны около 1,0 м, интенсивностях подачи дутья 400- 650 нм3/м2*ч, содержании угольных частиц 0,5-5,0 % по массе, окис­литель успевает полностью прореагировать с углеродом и на выходе из ванны газ содержит в основном СО и Н2 Ширина ванны (расстоя­ние между противоположными фурмами) должна обеспечивать усло­вия, при которых не происходит взаимодействия между противопо­ложными фурмами. При указанных интенсивностях продувки, струя в расплаве распространяется горизонтально на расстояние около 0,5 м. С учетом расширения барботажного столба при его подъеме, распространение дутья происходит на расстояние около 1,0 м от места его ввода в расплав. То есть, ширина ванны расплава должна составлять около 2,0 м. Выпуск образующегося шлакового распла­ва осуществляется из области, расположенной ниже уровня проду­вочных фурм. Важно, чтобы в выпускаемом шлаке не содержались угольные частицы. Это возможно в том случае, если на уровне выво­да шлака из реактора нет интенсивных нисходящих потоков шлака,

способных доставлять в эту область угольные частицы Известно [9], что при боковой продувке расплава он интенсивно перемешивается на глубину около 10 диаметров сопел продувочной фурмы. Диаметр сопла фурмы составляет 25-30 мм То есть глубина шлаковой ванны под фурмами должна быть не менее 300 мм Ниже уровня шлака на­ходится ванна металла Глубина ванны металла должна обеспечивать возможность его вывода в сифон через переток, высота которого по конструктивным причинам не может быть менее 200 мм. Таким об­разом, глубина расплава под фурмами составляет не менее 500 мм, а с учетом возможного накопления металла на подине при его периоди­ческом выпуске из реактора при газификации угля, не менее 700 мм.

Таким образом, для газификации угля в шлаковом расплаве в реак­торе необходимо сформировать ванну расплава достаточно большого объема

Для газификатора с площадью активного сечения ванны на уровне фурм около 20 м2 (производительностью около 50 МВт) масса шла­ковой ванны составляет около 100 тонн После разогрева футеровки ванна формируется путем заливки жидкого шлака или наплавляется из твердого материала, например, из гранулированного доменного шлака или собственного шлака процесса газификации.

На опытной установке шлаковая ванна формировалась из твердых ма­териалов не более, чем на 20 %. Это было оправдано в условиях, когда на предприятии есть в наличии жидкий шлак в достаточном количестве.

Были опробованы следующие варианты запуска реактора площа­дью 20 м2

1. Заливка в реактор через заливочную воронку, установленную на шлаковом сифоне, 50-100 т доменного шлака с последующим набо­ром шлака до рабочего уровня путем загрузки доменного гранулиро­ванного шлака и угля На продувочные фурмы подается природный газ и кислорода

2 Заливка непосредственно в реактор доменного шлака до рабо­чего уровня

3.

Заливка в реактор доменного шлака (100-110 т) и чугуна (60-80 т).

Естественно, что наиболее быстрым способом запуска является третий.

Отработка технологии формирования ванны шлакового расплава из твердых материалов осуществлялась на пилотной установке в Юж­ной Корее

При отработке технологии запуска пилотной установки перед пу­ском внутренние стены реактора были покрыты слоем огнеупорного бетона толщиной 25-30 мм

Скорость плавления частиц тверд'"1™ "тян-я иег0 низкой те­плопроводности (для твердого шлак;для жидкого -

сильно зависит от интенсивности перемешивания жид­кости, в которой он плавится.

Шлаковый расплав на подине в процессе наплавлення ванны прак­тически не перемешивается нижними фурмами-горелками.

Для улучшения подвода тепла к ванне шлака на подине и для улуч­шения его перемешивания дополнительно к нижним фурмам были установлены горелки внешнего смешения несколько ниже продувоч­ных фурм Пламя этих горелок направлено по существу вниз с воз­можностью отклонения его от вертикали в обе стороны В процессе наплавлення шлака эти горелки устанавливались так, чтобы их пламя было наплавлено под углом к подине. Причем горелки с противопо­ложных сторон были направлены в разные стороны При наплавле­ний шлака пламя этих горелок создавало эффект вращения шлаковой ванны, что обеспечивало более интенсивное плавление шлака.

При формировании шлаковой ванны использовался гранулирован­ный доменный шлак с размером частиц менее 5 мм Для снижения температуры плавления расплава к доменному шлаку добавляли до 20 % стеклобоя.

Для предотвращения падения потока твердого материала в одну точку на подине был применен рассекатель потока шихты, представ­лявший собой решетку, установленную в отверстии для загрузки шихтовых материалов. Ударяясь о прутья решетки, твердые части­цы разбрасывались по всей поверхности подины, значительная часть твердого материала попадала на стены. Такой разброс обеспечивал большую тепловоспринимающую поверхность твердого материала и большую скорость его плавления

По визуальным наблюдениям, часть твердых частиц налипала на стены реактора. Первоначально это были преимущественно частицы стекла, имеющие низкую температуру размягчения Вслед за ними на поверхность стен стали налипать и частицы гранулированного шлака. На стенах формировался слой из частично расплавившихся и затем застывших на охлаждаемой поверхности частиц шлака и стекла По мере его роста температура стен внутри рабочего пространства росла, что улучшало теплопередачу от факела ванне Слой постоянно под- плавлялся и стекал, таким образом, площадь тепловоспринимающей поверхности росла

При подъеме уровня расплава в реакторе эффективность тепло­передачи от горелок и фурм расплаву снижалась. Наплавление за­медлялось. Для перехода шлаком уровня фурм проведены следующие

технологические операции. Горелки погасили и вынули из рабочего пространства. Отверстия, в которых были установлены горелки, за­крыли медными пробками со стопором. Снизили расход кислорода на нижние фурмы так, чтобы на них осуществлялась только конвер­сия природного газа до СО и Н2. Подали кислород на верхние фурмы для сжигания образующихся при конверсии природного газа горючих компонентов.

В результате этого зона основного тепловыделения переместилась вверх реактора. В верхней части на стенах к этому периоду формиро­вания шлаковой ванны сформировался гарнисаж из шихтовых мате­риалов значительной толщины. За счет сжигания СО и Н2 в этой обла­сти произошло интенсивное оплавление гарнисажа и уровень шлака в реакторе поднялся выше уровня фурм.

После этого, когда нижние фурмы стали интенсивно перемешивать шлак, скорость наплавлення существенно выросла и необходимая для работы шлаковая ванны была быстро сформирована.

Общее время наплавлення ванны шлака составило около 9 часов

Следует отметить, что удельная, на единицу реакционного объема, поверхность охлаждаемых элементов этой пилотной установки при­мерно в 2,5 раза больше, чем для реактора промышленного масштаба Соответственно и осуществить эффективную передачу тепла от факе­ла ванне сложнее. Тем не менее описанные технологические приемы позволили обеспечить пуск реактора при отсутствии жидких металла и шлака

Был проведен теоретический анализ теплообмена в рабочем про­странстве реактора промышленного масштаба при наплавлений шла­ковой ванны из твердых материалов.

Внутреннее пространство реактора представляет собой взаимно излучающие поверхности шлаковой ванны, охлаждаемых стен и сво­да (рис. 19.2).

Рисунок 19 2 Схема рабочего пространства реактора


Для конкретных размеров опытной установки были рассчитаны взаимные поверхности и угловые коэффициенты излучения. Резуль­таты представлены в табл. 19.1 и 19.2. Для зоны дожигания реакто­ра приняты следующие параметры: 1 - поверхность шлаковой ванны S, = 20,8 м2, 2 - поверхность шлаковой пленки на стенах - S2 = 47,4 м2,

3 - поверхность стен свободных от шлаковой пленки - S3 = 48 м2,

4 - свод - S4=32 м2.

Методика расчета угловых коэффициентов излучения изложена в [10].

Таблица 191 Взаимная поверхность излучения

bgcolor=white>3 - стенка
н 1 - ванна 2 - пленка 3 - стенка 4 - свод I
1 - ванна н„=0 Н 12=9,3 Н,=5,3 Н,4=6,2 20,8
2 - пленка Н21=9,3 Н22=22,3 Н23=5,7 Н24=10,1 47,4
Н31=5,3 Н31=5,7 Н3=21,3 Н34=15,7 48
4 - свод Н41=6,2 н41=10.1 Н43=15,7 Н44=0 32
I 20,8 47,4 48 32

Таблица 19 2 Угловые коэффициенты излучения

1 - ванна 2 - плёнка 3 - стенка 4 - свод S 1
1 - ванна Фп=0 Ф,2=0,447 ф13=0,253 J3

р

0-4

О

о

1
2 - плёнка Ф21=0,196 ф22=0,470 ф23=0,121 Ф24=0,213 1 J
3 - стенка Ф3 =0,110 Ф32=0,120 Ф,з=0,443 Ф34=0,327 1 J
4 - свод Ф4 =0,195 Ф42=0,314 Ф43=0,491 Ф44=° 1 J

Для режима наплавки шлака зональным методом были определе­ны результирующие и эффективные потоки излучения на поверхность наплавляемой шлаковой ванны, на стены и свод Тепловыделение в этот период обеспечивается за счёт сжигания природного газа. Было оценено время и объём природного газа, необходимые на наплавле- ние и образование в печи шлаковой ванны массой около 100 т.

Расчетное время, необходимое для наплавлення шлаковой ванны, составило около 75 часов, а количество необходимого для этого при­родного газа - около 260 тыс. нм3. Большая длительность наплавлення
шлаковой ванны связана с тем, что значительная часть внутреннего пространства реактора выполнена из водоохлаждаемых элементов, на поверхности которых температура в процессе наплавлення ванны со­ставляет около 400 °С. Поэтому результирующий тепловой поток на шлаковую ванну не превышает 50 кВт/м2.

Такая большая длительность старта процесса и высокий расход природного газа неприемлемы как с экономической, так и с техноло­гической точки зрения

Наиболее простым решением этой проблемы является повышение температуры на внутренней поверхности стен, которое может быть достигнуто за счет предварительного торкретирования водоохлаж­даемых стен огнеупорной массой.

Расчет показывает, что при предварительном нанесении на стены огнеупорного бетона толщиной около 25 мм, температура поверхно­сти составит уже 1280 °С. Результирующий тепловой поток на шла­ковую ванну составит около 250 кВт/м2. При этом необходимое для наплавлення шлаковой ванны время уменьшается до 15 часов, а ко­личество природного газа необходимого для наплавлення составит около 50 тыс. нм3.

Таким образом, принципиальное значение при наплавлений шла­ковой ванны имеет температура на внутренней поверхности охлаж­даемых стен реактора.

Увеличение этой температуры в период наплавлення с 400 до 1280 °С приводит к увеличению теплового потока от факела к ванне расплава в камере в 5 раз и значительному снижению времени наплавлення ванны.

Результаты проведенного теоретического анализа наплавлення шлаковой ванны на основе данных, полученных на пилотной уста­новке, подтверждают возможность наплавлення шлаковой ванны из твердых материалов в реакторе с охлаждаемыми стенами за прием­лемое время.

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ
<< | >>
Источник: Баласанов А.В., Лехерзак В.Е., Роменец В.А., Усачев А.Б.. Газификация угля в шлаковом расплаве / под ред Усачева А. Б. - М "Институт Стальпроект", 2008 - 288 с. 2008

Еще по теме Формирование ванны расплава в реакторе:

  1. 7.1 Солнце
  2. СОДЕРЖАНИЕ
  3. Математическая модель формирования шлакоугольной суспензии в реакторе
  4. Теплообмен ванны с охлаждаемыми элементами, расположенными ниже уровня шлака
  5. Глава 12. Исследование гидродинамики шлакоугольной суспензии на физической модели
  6. Рекомендации по совершенствованию гидродинамического режима шлаковой ванны
  7. Распределение серы между металлом и шлаком
  8. Глава 15. Образование пыли
  9. Глава 19. Технология процесса газификации
  10. Формирование ванны расплава в реакторе
  11. ЧЕРЕПНИН Юрий Семенович
  12. Характеристика наноматериалов