Введение

ООО «Алит-тм» находится на Байкальской природной территории (БПТ) в зоне атмосферного влияния.  Особенность миссии ООО «Алит-тм» заключена в вовлечении в экологически чистый хозяйственный оборот промышленных отходов предприятий, расположенных на БПТ и в центральной зоне, непосредственно премыкающей к оз. Байкал (карьер «Перевал»).  

Настоящее Техническое предложение, в первую очередь, выработано и   направлено на дальнейшее вовлечение в хозяйственный оборот промышленных отходов, что полностью соответствует  выполнению цели и основных задач федеральной целевой Программы (ФЦП) "Охрана озера Байкал и социально-экономическое развитие Байкальской природной территории на 2012 - 2020 годы".

Цель Программы: охрана озера Байкал и защита БПТ от негативного воздействия антропогенных, техногенных и природных факторов.               Задачи Программы:

- снижение уровня загрязненности отходами БПТ, в т.ч. обеспечение восстановления территорий, подвергшихся высокому и экстремально высокому загрязнению;

- повышение эффективности использования рекреационного потенциала особо охраняемых природных территорий.

Реализация технических предложений путем внедрения в производство ООО «Алит-тм» инновационных технологий позволит выполнить названных выше задач федеральной Программы путем вовлечения в хозяйственный оборот промышленных отходов, в том числе  древесных (лесопереработки и лесозаготовки)  с получением  из них товарной продукции.

В хозяйственный оборот будет вовлечен ряд промышленных отходов:

- угольная зола - унос иркутских ТЭЦ и котельных с механическим недожогом;

- мраморная крошка карьера «Перевал», расположенного в центр. зоне  БПТ;

- древесные отходы деревообрабатывающих предприятий;

- различные отходы предприятий цветной металлургии

Получение из промышленных отходов товарной продукции:

- переработка углеродсодержащих отходов с получением электрической и тепловой энергии с КПД до 94 %;

– теплоизоляционные материалы в виде армированного автоклавного газобетона плотностью  200 - 600 кг/м3, позволяющих снизить до 5 раз  потребление энергии на отопление во всех типах зданий, как при их строительстве, так и при капитальном ремонте, путем установки наружных блоков с плотностью 200 -300 кг/м3;

- негашеная известь высшего качества из мраморной крошки с использованием топлива -  древесных отходов;

- углекислый газ, получаемый при переработке мрамора и и сжигании древесных отходов.

Внедрение инновационных технологий в ООО «Алит-тм» позволит накопить необходимый опыт для модернизации  систем электро и  теплоснабжения, расположенных на БПТ с переводом на экологически чистые энергосберегающие технологии, включая энергоисточники, электрические и тепловые сети, потребителей.

Вовлечение всех видов древесных отходов, включая лесосечные, в топливный баланс путем создания устойчивого спроса позволит обеспечить экономическую эффективность полной уборки лесосечных фондов, что значительно снизит вероятность возникновения лесных пожаров и повысит эффективность использования рекреационного потенциала БПТ.

       Таким образом, работы по техническому предложению являются  опытно-конструкторскими, должны войти в  ФЦП  и финансироваться за счет ФЦП "Охрана озера Байкал и социально-экономическое развитие Байкальской природной территории на 2012 - 2020 годы".   

Основные преимущества газобетона на рынке строительных

и теплоизоляционных материалов

       Теплопроводность  в зависимости от плотности -  0,06-0,16 вт/м·град.  Пористая структура газобетона обеспечивает его уникальные тепло- и шумоизоляционные свойства, что позволяет существенно снизить потребление энергии как на отопление, так и на кондиционирование. Потенциальный потребитель газобетона, благодаря экономии потребляемых энергоресурсов, сокращает выброс в атмосферу вредных газов, генерируемых тепловыми источниками,  что значительно улучшает экологическую ситуацию на Байкальской природной территории.

Влагостойкость.  Газобетон  имеет закрыто-пористую структуру, поэтому впитывает малое количество влаги. Постоянное увеличение стоимости энергоресурсов и сырья приводит к повышению себестоимости автоклавного газобетона, что приводит к необходимости создания инновационных технологий снижающих  его себестоимость. 

Данное техническое предложение направлено на освоение ряда инновационных технологий: 

- замену существующих котельных на энерготехнологические электрические станции (ЭТЭС) с  энерготехнологическими котельными установками   (ЭТКУ), (требование СНиП II 35-76 о резервном источнике электрической энергии);

- одновременное производство извести, тепловой энергии и дополнительной продукции в ЭТКУ;

- качество извести должно соответствовать высшему сорту с использованием при ее при ее производстве древесных отходов для реализации извести сторонним потребителям и на собственные нужды;

- качество смеси извести и угольной золы с использованием золы уноса с механическим недожогом топлива котельных должно соответствовать требованиям по использованию смеси извести и золы вместо части цемента в газобетоне;

- реализация извести сторонним потребителям;

-  применение в качестве сырья отходов мрамора карьера «Перевал»;

- применение в качестве топлива для  ЭТКУ древесных отходов деревообрабаты-вающих предприятий;

- применение в качестве добавки к топливу ЭТКУ золы уноса  угольных котельных с механическим недожогом топлива; 

- закрытие паровой угольной котельной, подведомственной котлонадзору;

- переход на пар, получаемый на ЭТЭС с ЭТКУ. ЭТЭС не является опасным производственным объектом, поскольку на ЭТКУ применено оборудование, работающее под избыточным давлением (Приказ Ростехнадзора от 25.03.2014 № 116); 

- повышение давления пара, используемого в автоклавах, в компрессоре.

- получение дополнительной продукции  - горючих газов из древесных отходов  и использование их по газовому циклу для производства электрической энергии

- получение дополнительной продукции на ЭТЭС - очищенной воды требуемого потребителями качества. 

В техническом предложении представлены следующие разделы:

·        Проведен анализ  существующих технологий,  их сопоставление с предлагаемыми тремя вариантами  энерготехнологического производства извести, тепловой энергии и другой продукции.

Вариант 1. Фонтанно-вихревая энерготехнология производства 12750 т/год или  1,5 т/час извести, 12000 Гкал/год или 1,4 Гкал/час тепловой энергии и другой продукции при использовании 2960 т.у.т.  древесных отходов.

Вариант 2. Фонтанно-вихревая энерготехнология производства 5100 т/год или  0,6 т/час извести, 4760 Гкал/год или 0,56 Гкал/час тепловой энергии и другой продукции при использовании  1100 т.у.т.  древесных отходов.

Вариант 3. Фонтанно-вихревая энерготехнология производства 5100 т/год или  0,6 т/час извести, 2700 Гкал/год или 0,32 Гкал/час тепловой энергии и 2270 т/год или  0,27 т/час активированной золы  при использовании 693 т.у.т.   золы уноса с 20% механическим недожогом топлива.

·        Составлен сводный тепловой и материальный баланс использования сырья, топлива,  выработки извести,  тепловой энергии и другой продукции по четырем вариантам  ЭТКУ.

·        Проведены предварительные технико-экономические  расчеты ожидаемых эффектов по трем  вариантам  ЭТКУ.

·        Разработана предэскизная  документация по трем вариантам  ЭТКУ.

 

1. Наименования, области применения разрабатываемых технологий ЭТЭС с ЭТКУ

Производство извести, электрической и тепловой энергии, другой продукции с переработкой  промышленных отходов  в энерготехнологических котельных установках является комплексной технологией. Область применения межотраслевая:  энергетика, промышленность строительных материалов и другие отрасли.  

Комплексная технология включает в свой состав следующие самостоятельные инновационные технологии и устройства.

1.1 Предтопок № 1. Слоевая-вихревая сушка зернистых материалов в нисходящем многозонном слое,  с регулируемым временем сушки, противоточным движением сушильного агента, вихревым сепаратором возврата уноса.  Сушильный агент – частично очищенные дымовые газы, отбираемые из конвективной части  ЭТКУ, сбрасываемые в систему  очистки дымовых газов ЭТКУ. Область применения: сушка различных зернистых материалов, включая топливо, зерно и прочие.

1.2 Предтопок № 2. Факельная газификация топлив с терморазмолом. Аэродинамическая схема  фонтанно-вихревая:  фонтанирующий слой с прямоточным движением  газифицирующего агента,  с аэротерморазмолом, вихревым сепаратором возврата уноса. Газифицирующий агент – продукты неполного горения топлива, пар. Область применения: газификация различных твердых и жидких ископаемых и возобновляемых топлив, горючих технологических отходов.

1.3. Предтопок № 3. Факельный обжиг горных пород с аэротерморазмолом и получением извести. Аэродинамическая схема  фонтанно-вихревая:  фонтанирующий слой с ударным и прямоточным движением  греющего агент,  с аэротерморазмолом, вихревыми сепараторами возврата уноса. Греющий агент – продукты полного горения горючих газов или природного газа.  

1.4. Топка ЭТКУ. Аэродинамическая схема - вихревой  дожиг газовой взвеси, охлаждение газовзвеси. Область применения: энергетические и энерготехнологические котельные установки.

1.5 Сепаратор за топкой. Аэродинамическая схема – движение слабо турбулизиро-ванного потока  газовзвеси в инерционном поле. Газы и частицы после сепаратора сбрасываем в раздельные конвективные газоходы.  Область применения: энергетические и энерготехнологические котельные установки, раздельные устройства для газовзвеси.

1.6. Охладитель извести. Аэродинамическая схема – нисходящее движение потока  газовзвеси высокой  концентрации с малой скоростью движения. Теплообмен -  кондуктивно-радиационный.   Газы и частицы после охладителя извести сбрасываем в систему пневмотранспорта и силос. Область применения: энергетические и энерготехнологические установки, котлы утилизаторы.

1.7  Очиститель и  разделитель дымовых газов,  конденсатор водяных паров из дымовых газов ЭТКУ. Аэродинамическая схема: движение слабо турбулизированного потока  газо-пароводяной   смеси в инерционном поле с разделением дымовых газов по плотности. Тепловая схема – охлаждение и конденсация водяных паров.  Область применения:  очистка и разделение дымовых газов по плотности, утилизация тепла дымовых газов; энергетические и энерготехнологические установки, другие установки.

1.8 Пароводогрейный тракт одновременного получения пара и горячей воды в ЭТКУ. Весь пароводяной тракт работает на естественной циркуляции. Область применения:  энергетика с получением теплоносителей в виде: насыщенного или перегретого пара, горячей воды различных параметров непосредственно в энергетических или энерготехнологических котельных установках.

1.9  Безотходная сорбционно-термическая система водоподготовки на ЭТЭС с ЭТКУ. Область применения:  энергетика с получением очищенной воды требуемого потребителями качества. 

1.10  Система повышения параметров насыщенного пара в компрессионной установке в зависимости от режима работы автоклава. Область применения:  энергетика и промышленность с заменой части опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением на оборудование, не имеющего избыточного давления (менее 0,07 МПа).

1.11 ЭТЭС с производством электрической энергии по газовому циклу с получением очищенных горючих газов из ископаемых и возобновляемых топлив, а также использование полученных газов  в газовых или газопаровых турбинах, в двигателях внутреннего сгорания. Область применения:  энергетика, включая малую распределенную энергетику.

        Кроме инновационных технологий и устройств, на ЭТЭС с ЭТКУ применены   наилучшие известные доступные технологии,  применяемые в большой энергетике.

- Воздушный тракт, работающий под избыточным давлением, с трубчатым воздухоподогревателем, системой раздачи горячего воздуха через горелки и сопла, с вентилятором с регулируемым числом оборотов.

- Газовый газоплотный тракт,  работающий под разряжением, с дымососом с регулируемым числом оборотов.

- Бункеры с требуемым  запасом топлива и сырья,   газоплотными шнековыми питателями с регулируемым числом оборотов.

 

2. Требования к качеству автоклавного газобетона, компонентов для  изготовления

Основные  требования к качеству автоклавного газобетона приведены в ГОСТ 31359-2007 и  в инструкции по изготовлению автоклавного газобетона СН 277-80.

Автоклавный газобетон в зависимости от назначения должен быть:

- теплоизоляционный: класс прочности на сжатие не ниже В 0,35, марки не выше D 400;

- конструкционно-теплоизоляционный: класс по прочности на сжатие не ниже В1,5,  

   марки  не выше D700;

- конструкционный: класс по прочности на сжатие не ниже В3,5, марки  D700 и выше.

Качество автоклавного газобетона определяют два коэффициента: теплопровод-ности в сухом состоянии и паропроницаемости, приведенные в таблице 2.1.

                                                                                                                          Таблица 2.1

Марка газобетона
(плотность, кг/м3)

Коэффициент  теплопроводности, Вт/(м·°С)

Коэффициент паропроницаемости, мг/(м·ч·Па)

D200

0,048

0,30

D250

0,06

0,28

D300

0,072

0,26

D350

0,084

0,25

D400

0,096

0,23

D450

0,108

0,21

D500

0,12

0,20

D600

0,14

0,16

D700

0,17

0,15

D800

0,19

0,14

D900

0,22

0,12

D1000

0,24

0,11

D1100

0,26

0,10

D1200

0,28

0,09

 

В качестве вяжущих для приготовления газобетона применяют.

а) Портландцемент в соответствии с ГОСТами 31108 и 10178.  Начало схватыва-ния должно наступать не позднее 2 ч, а окончание схватывания - не позднее 4 ч. после затворения. Удельная поверхность цемента должна быть 2500-3000 см2/г или средний диаметр частиц 8,3-10 мкм для конструктивно-теплоизоляционного;  3000-4000 см2/г или 6,2–8,3 мкм для теплоизоляционного ячеистого бетона. Не допускается применение цемента с добавкой трепела, глиежа, трассов, глинита, опоки, пепла.

Соотношение между удельной поверхностью sуд (см2/г), средним размером частицы D (см) и  ρ – плотностью г/см3 составляет:

D = 6 / (ρ * sуд ), т.е.

D = 6 / (2,4*3000) = 0,00083 см или 0,0083 мм или 8,3 мкм при плотности частиц цемента 2,4 г/см3 .

б) Известь негашеная кальциевая по ГОСТ 9179-77, быстро- и среднегасящаяся, имеющая скорость гашения 5-25 мин и содержащая активные (СаО + МgО) не менее 70%, "пережог" - не более 2 %. Скорость гашения пережженной извести возрастает до нескольких дней, что приводит к образованию трещин в готовом изделии.  Пережженная известь может быть подвергнута отжигу с переходом в среднегасящуюся известь. 

Ранее, по инструкции СН 277-80 было рекомендовано применять известь кальциевую не ниже 3-го сорта. Тонкость помола должна быть такой, чтобы средний диаметр частиц извести был 7–7,8 мкм, что обеспечивает удельную поверхность

sуд = 5500-6000 см2/г извести.

Однако, по требованиям ГОСТ 9179-77, приведенным в табл. 2.2, для I -III сортов  содержание недожженной извести составляет 3-7 %, а пережженной извести  7- 14 %. Таким образом,  для достижения высокого качества газобетона необходимо обеспечить высший сорт извести, в которой бы отсутствовал и недожог, и пережог. Производить высший сорт возможно путем применения инновационных энерготехнологий при производстве извести.     

в) Цементно-известковое соотношение между цементом и известью устанавливают экспериментально.

г)  В соответствии с СН 277-80 для газобетона применяют угольные и сланцевые минеральные массы топлива в виде золы уноса и размолотых шлаков.  Удельная поверхность зол бурого угля должна быть не менее 4000 см2/г или 6,2 мкм;  не более 5000 см2/г или 5 мкм - для каменноугольных. Зола должна выдерживать испытания на равномерность изменения объема. Допускался механический недожог для бурых углей не более 3 %, для каменных углей не более 5 %.

       Дальнейшие  исследования выполняли: П.И.Боженов, А.В. Волженский, П.П. Будников, Ю.М. Бутт и др. Было показано, что в золе и шлаке не должен присутствовать углерод (механический недожог), поскольку медленно  текущий процесс самоокисления углерода приводит к снижению прочностных качеств изделий из газобетонов.

Температурный режим сжигания топлив оказывает влияние на свойства минеральной массы (золы). Существует три основных направления одноступенчатого сжигания, различающиеся по температуре горения в ядре факела и поведению минеральной массы:

·        низкотемпературное  -  750 -1100 0С, зола не плавится, известь не пережженная;  

·        среднетемпературное  -  1100 -1600 0С, зола плавится в ядре факела, но затем охлаждается в топке и удаляется в сухом виде, известь  пережженная;  

·        высокотемпературное  -  1500 -2100 0С, зола расплавлена в камере сгорания и удаляется из нее в жидком виде, при этом часть золы охлаждается в камере догорания и удаляется в сухом виде, известь  пережженная.

Пережженная известь, содержащаяся в золе топлив, может быть подвергнута отжигу при низкотемпературной  обработке при 800 -1000 0С.

Песок, содержащийся в золе топлив, представляет собой частично размолотые фракции  30 - 100 мкм. Но требуется фракция песка до 7 мкм, не изменяющая своих свойств, как кварцевый песок, традиционно применяемый в производстве газобетона. Поэтому необходим дополнительный  размол песка, содержащегося в золе.    

Глина, содержащаяся в золе, преобразована в нейтральный керамический сырьевой компонент, частицы которого в процессе термического размола имеют размер 20 - 100 мкм. Но требуется фракция глины до 7 мкм.

Магнетит (магни́тный железня́к FeO·Fe2O3 ), также содержащаяся в золе, в силу  высокой теплопроводности отрицательно влияет на качество газобетона. Поэтому необходимо сепарировать магнетит из золы. Магнетит является сырьем для получения дополнительной продукции с высокой рыночной стоимостью - восстановленного порошкового железа.

Таким образом, необходима дополнительная термическая переработка угольных зол уноса и шлаков. Термическая переработка минеральной массы позволяет повысить качество готового газобетона, обеспечить необходимый фракционный состав  и получить дополнительную продукцию в виде тепла, извести, магнетита.

д) Вода для приготовления ячеистого бетона должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732 -2011. Содержание солей допускается до 5 г/л. Поэтому в изготовлении газобетона может быть использована питьевая вода любого качества.

Если по отдельным показателям известь соответствует разным сортам (табл. 2.2),  то в соответствии с ГОСТ 9179–77 сортность извести определяют по тому показателю, который соответствует низкому сорту.  

 

Таблица 2.2

Наименование показателя

Норма для извести, %, по массе

негашеной

гидратной

кальциевой

магнезиальной и доломитовой

Сорт

1

2

3

1

2

3

1

2

Активные СаО + МgO, не менее:

 

 

 

 

 

 

 

 

- без добавок

90

80

70

85

75

65

67

60

- с добавками

65

55

-

60

50

-

50

40

Активный МgO, не более

5

5

5

20 (40)

20 (40)

20 (40)

-

-

СО2 , не более: недожог

 

 

 

 

 

 

 

 

- без добавок

3

5

7

5

8

11

3

5

- с добавками

4

6

-

6

9

-

2

4

Непогашенные зерна, не более - пережог

7

11

14

10

15

20

-

-

       

Состав цемента, зол углей различных месторождений и сланца, используемых в качестве сырьевых компонентов (массовый %) в производстве газобетона, приведен в таблице 2.3. 

Таблица 2.3 

Цемент, угли крупных место-рождений, сланец

Основные компоненты минеральной массы, %

Песок SiO2

Глина Al2O3

Известь

CaO

Магнетит

FeO·Fe2O3

Na2OgО

K2O

Цемент

22-24,7

5-6

63,8-67

3- 3,9

-/0,9

0,7

Подмосковье 30

38-48

15-38

1-6

5-8

-/1

-

Кузнецк 9-18

49-55

24-25

3,5-7,5

8-15

2/2

2

КАУ 5-8

30

11

42

9

-/6

-

Иркутск 13-17

47-50

22-30

4-8

4-12

0,2-1/1,5-3

2-3

Дальний Восток 35

60-62

24-31

2-5

3-7

0,5/1,5

2,5

Экибастуз 40

58-65

28-35

1-2

4-6

/0,8

0,7

Сланец 40-50

25-35

7-11

43-52

6,5

1/5

4

 

3.  Обзор известных наилучших доступных технологий (НДТ)

Обзор и анализ НДТ производства извести приведены в информационно-техническом справочнике  ИТС 7-2015 (введен 2016-07-01).  Рассматриваются НДТ: 

Слоевой обжиг карбонатов в  шахтных печах.  Греющий агент – дымовые газы от сжигания природного или газогенераторного газа, мазута, кускового кокса, антрацита, тощих каменных углей с выходом летучих веществ менее 7 %.

Факельно-слоевой обжиг карбонатов во вращающихся длинных и коротких печах. Греющий агент – дымовые газы от сжигания природного газ, мазута, пылевого угля.

       3.1 Обжиг карбонатов в  шахтных печах.

Обжиг карбонатов в шахтных печах известен с древности, и совершенствуясь,  широко применяется и в настоящее время. На рис.3.1 показана отечественная газовая  шахтная пересыпная печь производительностью по извести 100 т/сутки. На рис. 3.2 показана германская печь производительностью 100 т/сутки.

ИТС 7-2015 Производство извести

Рисунок 3.1. Шахтная пересыпная печь производительностью 100 т извести /сут.

1 - выгрузочный механизм; 2 - футеровка; 3 - слой кладки из легковесного кирпича; 4 - слой теплоизоляционной засыпки;

5 - отверстия для установки датчиков уровнемера шихты;

6 - патрубки для отсоса газов;

7 - загрузочное устройство;

8 - скиповой подъемник;

9 - вспомогательные люки (лазы);

10 - гляделки;    

11 - барабанный затвор;

12 - фундаментная плита.

 

 

Разработку проектов и строительство новых типов  шахтных пересыпных печей производительностью 60…500 т/сут. ведут  фирмы Германии: «Kosik», «WISTRA», «Wärmestelle Steineund Erden GmbH» (печи системы «Seger»).

Шахта  печи «WISTRA» представляет собой стальной цилиндр диаметром 4,9 м.  Для теплоизоляции печи шахта футерована кладкой из огнеупорных материалов. Диаметр шахты в свету – 3,6 м, строительная высота – 34,2 м, полезная высота – 19 м. Отличие печи состоит в том, что печь работает под давлением. Воздух подается вентилятором в дутьевой конус по давлением до 800 кг/м2. Печные газы отбираются из шахты через два диаметрально расположенных отверстия и по трубопроводу поступают в установку для мокрой очистки и охлаждения. Удельный расход составляет по  условному топливу 133 - 150 кг у.т./тонну извести. 

Печи оснащены:

- весовой дозировкой приготовления шихты; 

- приборами автоматического контроля основных параметров процесса обжига, включая анализ печных газов на содержание СО, Н2 , О2 , СО2 .

      Работа печи должна быть обеспечена крупностью кусков:

- фракционированным сырьем с размером куска 50…110 мм или 110…180 мм;

- коксом

Отношение размеров кусков сырья и топлива составляет     (2…2,5) : 1.

 

http://pandia.ru/text/77/460/images/image001_13.jpg

Рис. 3.2. Шахтная пересыпная печь производительностью 160/130 т/сут. «WISTRA»:

1 – лебедка,

2, 3 – трубопровод,

4 – скиповой подъемник,

5 – механизм загрузки шихты,

6 – шахта,

7 – дутьевой конус,

8 – механизм выгрузки,

9 – бункер извести,

10 – затвор,

11 – конвейер пластинчатый,

12 – вентилятор.

 

Печи оснащены:

- весовой дозировкой приготовления шихты; 

- приборами автоматичес-кого контроля основных параметров процесса обжига, включая анализ печных газов на содержание СО, Н2 , О2 , СО2 . 

 

      Эффективность работы печи обеспечивается крупностью кусков:

- фракционированным сырьем с размером куска 50…110 мм или 110…180 мм;

- коксом

Отношение размеров кусков сырья и топлива составляет     (2…2,5) : 1.

Основные показатели отечественных газовых  шахтных  печей приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1.

Показатели

Производительность, т/сут (т/час)

30 (1,25)

50(2,08)

100(4,17)

200(8,33)

Высота печи, м:

 

 

 

 

- рабочая

18,0

18,2

18,0

19,0

- строительная

27,2

27,2

27,8

34,6

Внутренний диаметр шахты / сечение (м/м2)

2,0 (3,14)

2,5 (4,9)

3,2 (8,04)

4,3 (14,5)

Полезный объем шахты, м3

56,2

89,0

143,0

265,0

Съем извести в сутки:

 

 

 

 

- с 1 м поперечного сечения, т/м* сут.

9,55

10,2

12,5

13,8

- с 1 м3 поперечного объема, т/м3 *сут.

0,53

0,56

0,7

0,75

Время пребывания сырья,  часы

45

43

34

32

Скорость газов по чистому сечению при объеме 8,1 м3/кг.у.т и температуре 1000 0С,    м/сек

0,56

0,59

0,72

0,8

Расход условного топлива, кг/т

134

133

133

133

Расход электрической энергии, кВт*ч/т

20-30

20-30

20-30

20-30

Основным достоинством шахтных  печей, популярных во всем мире, является простота конструкции, высокая надежность и малый расход качественных топлив (кокса, антрацита, мазута, природного газа). Кроме того, известна технология полу-чения дополнительной продукции - углекислого газа при сжигании  природного газа.

Слой с высокой порозностью формируется путем применения крупной фракции сырья – до 180 мм  и топлива - до 80 мм. Аэродинамическое сопротивление слоя высотой 18–19 м при средней скорости движения горючих и дымовых газов по чистому сечению 0,5-0,8 м/с в зоне обжига составляет 500 – 800 кг/м2 (5-8 кПа).

Время обжига  крупной фракции сырья составляет 16 – 20 ч.

Если в шахтных печах перейти на фракции сырья – до 10 мм  и топлива - до 5 мм, то возможно будет сократить: время обжига до 10–20 мин, а высоту слоя –  до 2-3 м.

Но, тогда аэродинамическое сопротивление слоя увеличится до 4500 – 6000 кг/м2     (45-60 кПа). Вентиляторы и дымососы такого давления не обеспечивают. Поэтому мелкие фракции сырья обжигают во вращающихся печах.

Основные недостатки слоевых шахтных печей:

·        отсутствие возможности организовать горение топлива по всему объему зоны обжига горных пород;

·        сложности смешения воздуха, подаваемого снизу шахты с топливом, подаваемым через форсунки (газ, мазут) или уложенного в виде шихты (кусковой кокс и сырье).

Вследствие названных сложностей в массе шихты, уложенной слоями, образуются очаги горения. В свою очередь,  очаговое горение ведет к значительной неравномерности температурного поля в зоне обжига. Температура в зоне обжига достигает: при сжигании антрацита 650-1600 0С, природн. газа ─ 650-1300 0С, мазута ─  650-1700  0С.

Высокие температуры обжига приводят к пережогу извести, а низкие температуры  – к ее недожогу. Даже в I-ом сорте извести  (ГОСТ 9179-77) суммарный недожог и пережог достигает 10 %, а в  III-ем сорте извести  -  21 %.

Очаговое горение топлива возникает при слоевом сжигании кускового угля в топках котлов. Для  устранения очагового горения кускового угля в котлах большой мощности были созданы топки с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС). Первым  автором ЦКС был д.т.н. Н.С.Рассудов (ЦКТИ, г. Лениград), в последствии разрабатывались и другие топки ЦКС. Практически одновременно шло создание  низкотемпературных вихревые топоки (НТВ) под руководством д.т.н. проф.               В.В. Померанцева с моим участием (ЛПИ). Специально для котлов малой мощности мною были созданы фонтанно-вихревые топки, в которых процесс горения происходит в фонтанирующем слое топлива. 

Таким образом, анализ процесса обжига извести в шахтных печах показывает, что вместо шахтного обжига может быть применен значительно более прогрессивный   факельно-фонтанирующий  процесс, осуществляемый  в новых устройствах.   

 

3.2 Обжиг карбонатов во вращающихся печах.

Для обжига карбонатов во вращающихся печах применяют длинные и короткие цементные печи. Специальные вращающиеся печи для  извести не выпускают. На рис.3.3 представлена отечественная короткая  вращающиеся печь длиной 75 м, производительностью по извести 15 т/час.  Характеристики печей - в табл.3.2.

Основным достоинством вращающихся печей является возможность обжига карбонатов малой прочности, мелкие фракции сырья, применяя наиболее дешевые твердые топлива, напр., пылевидный уголь. Но, при использовании угля получаемая известь неминуемо загрязняется угольной золой. Конструкции как самой печи, так  и вспомогательных устройств являются достаточно сложными, что значительно усложняет их эксплуатацию. При этом надежность работы печей мала. Во вращающихся печах время пребывания сырья и извести составляет 2-3 часа, а съем извести с 1 м3  печи  всего  10,4 кг/час.

 

ИТС 7-2015 Производство извести

   Рисунок 3.3 - Короткая вращающаяся обжигательная печь для извести.

1 - загрузочная головка; 2 - корпус печи; 3 - кожух венцовой шестерни; 4 - откатная разгрузочная головка; 5 - устройство крепления горелки; 6 - ролик опорный; 7 - упорные ролики; 8 - электродвигатель главного привода; 9 - бак системы централизованной смазки оборудования печи; 10 - ролик упорный; 11 - мазутные насосы (если форсунки)

 

Характеристики вращающихся обжигательных печей для извести

Таблица 3.2.

Показатели

Тип теплообменного и теплоутилизирующего устройства

внутренний тепло-обменник

Конвейер-ная решетка

шахтный подогрева-тель сырья

циклонный тепло-обменник

паровой котел-
утилизатор

Размеры печи, м:

 

 

 

 

 

Длина (L), м

118

50

50

50

75

Диаметр корпуса (D), м

3,6

3,6

3,6

2,7

3,6

Отношение L/D

37

15,6

15,6

21,7

23,5

Производительность,  т/ч

12,5

12,7

12,7

7,5

15,0

Удельный расход условного топлива, кг/т

380

234

204

138

286

Сырье

- вид

Меловой

шлам

Мел

Известняк

Карбонатит

Известняк

- влажность, %

40

16,5

2,0

3,0

4,0

- размер кусков, мм

-

10-25

25-50

10-20 - 40

0,088-0,1

25-50

Вид топлива

Природный газ

Мазут "100"

Природ-ный газ

Мазут "100"

Смесь газов

Теплота сгорания, ккал/кг; ккал/м3  -для газов

8500

9200

8500

9200

3500

Тип холодильника

Барабанный 2,3х38 м

Барабанный 2,5х25 м

Барабанный 2,5х38 м

Барабанный 2,5х20 м

Барабанный 2,5х38 м

Температура выгружаемой извести, °С

150

200

200

200

150

Температура уходящих газов,  °С

250

250

430

145

200

Среди основных принципиальных недостатков вращающихся  печей следует отметить:

- пережог  извести; 

- малый тепловой коэффициент полезного действия 30-35%; 

- значительный пылевой унос.

 

Для обеспечения нагрева сырья и обжига применяют факельно-слоевой процесс. Топливо сжигается в длинном факеле длиной 20 м, а сырье перекатывается слоем по внутренней обмуровке печи. Основной радиационный теплообмен происходит между горящим факелом и обжигаемыми частицами сырья перекатывающегося слоя. Интенсивность радиационного теплообмена пропорциональна температуре в 4-ой степени и степени черноты факела в зоне обжига. Температура факела при сжигании природного газа и мазута  -  1800-2100 0С.

При таких температурах в начале и середине факела радиационный теплообмен очень высок, что приводит к пережогу извести. В хвостовой же части факела радиационный теплообмен значительно снижается (фактически очень мал),  поскольку температура уходящих дымовых газов достигает лишь 400 -800 0С.

В связи со значительной наружной поверхностью печи и ее высокой температурой потери тепла в окружающую среду достигают 40 %. Из-за большого пылевого  уноса территории заводов, оснащенных  вращающимися  печами, засыпаны пылью извести и сырья.

Таким образом, анализ процесса обжига извести во вращающихся печах показывает, что вместо вращающегося обжига в печах могут быть применены безотходные энерготехнологические установки.   

 

3.3 Обжиг карбонатов по технологии DALSICA.

Технология DALSICA была разработана в Киеве, предназначена для переработки угольных зол ТЭС, сжигающих антрацит и каменные угли, имеющих малый выход летучих веществ. Поэтому такие золы содержат 5-10 % несгоревшего углерода. Фракционный состав золы и углерода - менее 0,05 мм.

По технологии DALSICA  угольная зола смешивается с глиной, мелом или известняком и гранулируется до размеров 15–30 мм. Далее полученные гранулы поступают в металлическую шахтную печь, в которой углерод газифицируется угле-кислым газом (СО2) с образованием угарного газа  (СО), сгорающим при температуре 900– 1000 0С. Мел или известняк обжигаются с образованием извести и СО2. На выходе из печи получается смесь золы, обожженной глины и извести. Содержание извести в смеси зависит от количества углерода в исходной угольной золе.  Смесь золы, обожженной глины и извести, по данным авторов, может быть использована для производства газобетона.

Однако, такая смесь содержит значительное количество примесей в виде угольной золы и глины, и поэтому не может рассматриваться как полноценная товарная известь. Кроме того, в пристеночных областях металлической шахтной печи температура гранул составляет около 600 0С. Этой температуры недостаточно как для обжига извести, так и газификации углерода. Таким образом, получаемая по технологии DALSICA смесь не позволяет  производить из нее  газобетон надлежащего качества.

 

 

4.  Сопоставление разрабатываемых энерготехнологий с известными наилучшими доступными технологиями, рассмотренными  в третьем разделе. 

Предлагаемый комплекс технологий получения извести, электрической и тепловой энергии, а также дополнительной продукции имеет следующий ряд преимуществ по сравнению  с известными  НДТ.

Экологические преимущества. Замена природного газа, других высококачест-венных дорогих топлив на горючие отходы, накапливаемые в катастрофических объемах на свалках, в золоотвалах и шламовых хранилищах. Предотвращение пылевых выбросов и сбросов сточных вод в  окружающую среду. Переход на практически безотходное производство.

Экономические преимущества.

·        Получение электрической и тепловой энергии.

·        Получение извести надлежащего качества, имеющую высокую рыночную стоимость.

·        Получение целого ряда дополнительных видов продукции, имеющих значительную рыночную стоимость.   

·        Возможность размещения производств извести практически в любых регионах.

·        Вовлечение в топливный баланс низкокачественных топлив для технологических потребителей, в частности производителей извести.

·        Вовлечение в сырьевой  баланс отходов цементного производства.

·        Снижение капитальных, эксплуатационных, ремонтных затрат при  производстве извести.

Энергетические преимущества.

·        Получение электрической энергии собственной выработки в качестве резерва.

·        Сокращение расходов топлива и электрической энергии  на одновременное производство: негашеной извести (пушёнка) и тепловой энергии - физического тепла дымовых газов и извести. Сокращение расходов обеспечивается  приме-нением факельного обжига, аэротерморазмола, иных мероприятий.  Тепло дымовых газов, извести используется для получения пара, горячей воды.  

Технологические преимущества.

·        Обеспечение интенсивного теплообмена и массопереноса между обжигаемыми частицами мрамора фракции 0,01 - 5 мм и греющим агентом.

·        В процессе аэротерморазмола частиц мрамора (CaCO3)  как за счет аэроудара, так и прямого их соударения с поверхности частиц отделяется прошедшие эндотермическую реакцию  слои негашеной  извести (CaO - пушенка).   

            CaCO3tCaO + CO2

·        Достижение оптимальных регулируемых температур греющего агента и поверхностного слоя частиц за счет низкотемпературной 840–9000С  фонтанно-вихревой аэродинамики обжига и сжигания  горючих газов по всему объему предтопка.

·        Совмещение процессов горения горючих газов с процессами теплообмена и поглощения тепла при разложении горной породы на известь и углекисл. Газ.

·        Предотвращение недожога и пережога извести.

·        Ускорение процессов нагрева частицы и разрушения горной породы  (CaCO3)  на поверхностном слое частицы, одновременное удаление образованного слоя извести (CaO) при терморазмоле частицы мрамора позволяют значительно сократить время пребывания сырья и извести в предтопке  до 0,1 - 3 мин.

·        Обеспечение  съема извести с 1 м3  предтопка -  до 1000- 1500 кг/час.

    Для сравнения:

·        В шахтных пересыпных печах время пребывания сырья и извести 32-45 часов, съем извести с 1 м3  печи  530 кг/сутки или 22 кг/час.

·        Во вращающихся печах время пребывания сырья и извести 2-3 часа, съем извести с 1 м3  печи  10,4 кг/час.

·        Упрощение конструкции  за счет снижения рабочего объема предтопка по сравнению с шахтной печью до 60 раз, ухода от сложных устройств распределения природного газа по сечению и объему печи. Вращающиеся печи длиной 36-120м – весьма сложные конструкции.

·        Снижение материалоемкости обжигового и вспомогательного оборудования.

·        Предотвращение попадания недогоревшего углерода в готовую негашеную известь позволяет получить пушенку высшего качества, что становится возможным при  трех ступенях газификации и горения. Ступени газификации и горения позволяют избежать как недожога и пережога извести, так и минимального загрязнения извести золой.

·        Широкий диапазон регулирования производительности.

·        Автоматизация процессов.

 

5. Краткое описание основного и вспомогательного оборудования, суммарные     

    тепловые и материальные балансы устройств и в целом ЭТКУ (вариант 1 и 2)

Вариант 1. Фонтанно-вихревая энерготехнология производства 12750 т/год или  1,5 т/час извести, 12000 Гкал/год или 1,4 Гкал/ч тепловой энергии, другой продук-ции при использовании 2960 т.у.т.  древесных отходов. ЭТКУ разрабатывается под требования заказчика производительностью 1,5 т/ч чистой извести или 36 т/сутки или 12750 т/год. Однако, в настоящее время заказчик не имеет возможности дос-тавлять сырье и отгружать готовую известь железнодорожным транспортом.

Вариант 2. Фонтанно-вихревая энерготехнология производства 5100 т/год или 0,6 т/час извести, 4760 Гкал/год или 0,56 Гкал/час тепловой энергии, иной продук-ции при использовании  1100 т.у.т./год древесных отходов. ЭТКУ разрабатывается на производительности 0,6 т/час чистой извести  или 14,4 т/сутки или 5100 т/год. Количество извести рассчитано на производство 35 000 м3/ год газобетона при замене 80% цемента на известь. 

 

5.1 Склад топлива и система подачи топлива в предтопок № 1 ЭТКУ

Требования «Свода правил СП 89.13330.2012; СНиП II-35-76» заложены в основу выполнения склада топлива. Учитывая, что поставщики находятся рядом, на  складе хранится недельный запас топлива, что составит: в варианте 1 – 160 т, в варианте 2 – 65 т. Непосредственно рядом с ЭТКУ допускается хранить суточный запас топлива.

Подача топлива со склада в расходный бункер ЭТКУ может быть организована посредством: системы пневмотранспорта или транспортерами (включая скребковые). В системе подачи топлива предусмотрены магнитные устройства для улавливания металлических магнитных включений. 

Расходный бункер щепы, при ее смерзании зимой и возможным зависанием в течке, выполняется на 3-х час. запас. При насыпной плотности сырой щепы 400 кг/м3,  объем бункера составляет: по варианту 1 - 7,5  м3,  по варианту 2 - 3 м3.  Бункер может быть выполнен в виде призмы с течкой не менее 800*1400 мм. Подача топлива из бункера в предтопок № 1 производится двухшнековым газоплотным питателем с частотным приводом. Диаметр шнеков должен быть не менее 400 мм. 

Между течкой и питателем расположен штыревой затвор.

Дополнительные данные по варианту 1.  

Площадь боковых стен    (0,8+3) * 2,4 = 9,2 м2 . 

Площадь торцевых стен  (1,4+3)*2,2 = 9,3 м2 .

Основной материал - листовая сталь ВМ Ст.3пс -  4 мм. Оценочная масса 600 кг.

Каркас и   штыревой затвор -  уголок,  прокат и трубы.  Оценочная масса  800 кг.

Двухшнековый питатель с частотным приводом. Оценочная масса 300 кг.

Вибратор.  Оценочная масса  30 кг.

Оценочная масса металлоконструкций бункера топлива по варианту 1 -- 800 кг.

Оценочная масса металлоконструкций бункера топлива по варианту 2 -- 1000 кг.

 

5.2 Склад крошки мрамора  и система подачи мрамора  в предтопок № 3 ЭТКУ

К складу мрамора специальных требований не предъявлено. Учитывая доставку автотранспортом по сложной автотрассе, на  складе хранится 2-х недельный запас крошки мрамора, что составит:  по варианту 1- 900 т, по варианту -   2-360 т.     

Подача крошки мрамора со склада в расходный бункер ЭТКУ производится ленточным транспортером. В системе подачи топлива предусмотрены магнитные устройства для улавливания металлических магнитных включений.

Расходный бункер крошки мрамора выполняется: по варианту 1 - на 3-х часовой запас, по варианту 2 - на 8-ми часовой запас. При насыпной плотности 2200 кг/м3,   объем бункера 4 м3.  Бункер  выполнен в виде призмы с течкой не менее 800* 800 мм.    

Подача топлива из бункера в предтопок № 3 производится двухшнековым газоплотным питателем с частотным приводом. Диаметр шнеков -- не менее 400 мм. 

Между течкой и питателем расположен штыревой затвор.

Дополнительные данные.

Площадь стен  (0,8+2,5)*2*1,8=12 м2 .

Основной материал листовая сталь ВМ Ст.3пс. -  4 мм. Оценочная масса  380 кг.

Каркас и   штыревой затвор -  уголок,  прокат и трубы.  Оценочная масса 500 кг.

Двухшнековый питатель с частотным приводом. Оценочная масса  300 кг.

Оценочная масса металлоконструкций бункера мрамора  1200 кг.

 

5.3. Предтопок № 1 ЭТКУ - сушка топлива: щепа, опилки

Режим быстрой сушки от начальной рабочей влажности 30-60% до заданной влажности 4-12%. Аэродинамическая схема слоевая-вихревая: нисходящий многозон-ный слой,  с регулируемым временем сушки, противоточным движением сушильного агента, вихревым сепаратором возврата уноса. Сушильный агент – частично очищен-ные дымовые газы, отбираемые из конвективной части ЭТКУ и сбрасываемые в систему  очистки дымовых газов. Сухое топливо газоплотным шнековым питателем с частотным приводом перегружается в предтопок № 2 ЭТКУ на газификацию.

Аналогами сушки топлива (щепа, опилки) являются барабанные сушилки, производящие собственный сушильный агент.  Сушильный агент – разбавленные воздухом дымовые газы, получаемые в собственном топочном устройстве.

Прототипом является топка В.В. Померанцева с зажатым слоем и сушкой сырой щепы топочными газами с ее последующим сжиганием.

Патентная защита – ноу-хау.

 

 

 

 

Расчетные характеристики предтопка № 1 ЭТКУ - сушилка.

Таблица 5.3

Расчетные характеристики предтопка № 1 ЭТКУ Вход.

Вариант 1

Вариант 2

Производительность по исходной щепе, т/час

1

0,37

Исходная влажность, %

40

40

Низшая теплота сгорания, ккал/кг

2440

2440

Тепловой потенциал исходной щепы,  Гкал/час

2,44

0,903

Исходная температура щепы (- 20 0С), влага в виде льда в осеннее-зимне-весенний период (с октября по апрель, т.е. в холодное время года)

Исходная температура щепы (+5 0С), влага в виде воды  в теплое время года

Исходная температура сушильного агента, 0С

+350

+310

Расход сушильного агента, нм3/час

4350

1700

колич-во вносимого тепла без учета конденсации пара,ккал/ч

487200

194900

количество вносимого пара, кг/ч

720

290

колич-во вносимого с учетом тепла конденсации пара, ккал/час

876000

350000

количество вносимого CO2  в холодное время года, кг/час

1480

590

количество вносимого CO2  в теплое время года, кг/час

1425

570

Процессы в предтопке, выход сухой щепы и отработанного сушильного агента

Производительность по сухой щепе,  кг/час

666,7

248

Влажность по сухой щепе,  %

10

10

Низшая теплота сгорания,  ккал/кг

3690

3690

Тепловой потенциал (химический) сухой щепы, Гкал/час            

2,460

0,915

Температура щепы после сушки,  0С

+90

+90

Физическое тепло сухой щепы, ккал/час

24900

-

Температура сушильного агента после сушки, 0С

+90

+110

Количество сокового пара, образуемого при сушке, кг/час

333,4

124

Количество тепла в соковом паре, ккал/час

220024

88000

Всего пара в отработанном сушильном агенте, в отопительный период,  кг/час

1053,4

943,4

Количество тепла в отработанном сушильном агенте без учета тепла конденсации пара,   ккал/час

208800

83500

количество уносимого тепла с учетом тепла конденсации пара, ккал/час

904044

361600

      - из них тепло пара  в отопительный период

695244

-

      -  из них тепло пара  в неотопительный период

622644

-

Дополнительные данные

Аэродинамическое сопротивление предтопка №1,  кг/м2

75

60

ОсновнМатериал - листСталь ВМ Ст.3пс. 5 мм. Оценочная масса,  кг

500

-

Трубы 420*6 и 108*4,5.  Оценочная масса  кг.  

80

-

Выгружной шнек с частотным приводом.  Масса,  кг.

120

-

Легкий бетон (вермикулит) масса, кг

500

-

Каркас профильная труба, кг

80

-

Обшива (профлист), кг.

70

-

Масса металлоконструкций предтопка №1, кг

850

450

Внутренние размеры предтопка № 1 с сепаратором

1000* 1300*2600

600*660

*1400

Габаритные размеры предтопка № 1 с сепаратором

ширина * глубина * высота,  мм

1350*

1650* 2800

850*1000* 1500

5.4. Предтопок № 2 ЭТКУ - газификация сухого топлива.   Таблица 5.4

Расчетные характеристики предтопка № 2 ЭТКУ

Вариант 1

Вариант 2

Вход. Производительность по сухой щепе,  кг/г

666,67 

248

Влажность сухой щепы, %

10

Температура щепы после сушки +90 0С

+90

Теплота сгорания топлива  ккал/кг

3960

Фракционный состав, мм

от 0,01  до 50

Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя 0С,

+350

+350

Расход горячего воздуха, м3/час

283

113

Количество тепла вносимого воздухом,  кг/час

30705

12300

Процессы в предтопке и выход продуктов газификации.

Температура процессов горения, газификации в предтопке, 0С

 750  - 950

Температура продуктов газификации на выходе из предтопка расчетная,  0С

850     

850    

Диапазон регулирования температуры по условиям последую-щего предтопка № 3 обжига мрамора, 0С

800 – 900

Расчетн. количество сжигаемого топлива  10% по вар1, г/ч

66,67

25

Тепло на получение газифицирующего агента и требуемой  температуры процесса,  ккал/час

246000

98400

Масса получаемых продуктов газификации, кг/час, в т.ч.

1015

406

- летучие вещества из древесины,  кг/час, в т.ч.

451,4

-

     - CO2, CO, H2, C, углеводороды, водяной пар,

282,6

-

     - азот воздуха

272

-

     - древесная зола

9

4

Фракционный состав уносимых частиц углерода и золы, мм

до 0,012

до 0,012

∑-ный тепловПотенциал продуктов газификации, ккал/час, из него: 

2516284

1006500

в.т.ч. тепловой (химич.) потенциал продуктов газификации, ккал/час

2213273

885300

     - физическое тепло продуктов газификации, ккал/час

303010 

121200

Средняя теплоемкость продуктов газификации,  ккал/кг* 0С

0,35

0,35

Плотность  горючих газов, кг/м3

1,15

1,15

Теплота сгорания продуктов газификации щепы,  ккал/кг

3321

   или по продуктам: ккал/кг  или  ккал/ м3

2180   / 2530

Объем продуктов газификации,  м3/час

875

350

Дополнительные данные.

Аэродинамическое сопротивление предтопка № 2 по газовому тракту -- 10 кг/м2.

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта предтопка № 2 -- 100 кг/м2.

Предтопок № 2 изнутри футерован огнеупорным кирпичом толщиной 120 мм.  Оценочная масса,   кг

3000

-

Теплоизоляция - легкий бетон из вермикулита толщиной 250 мм. Масса,  кг

1000

-

Каркас для обшивки из профильной трубы 30*30 мм. Оценочная масса,  кг

100

-

Газоплотная обшивка из листовой стали толщина 2 мм со сплошной проваркой. Оценочная масса,  кг

500

-

Трубы 420*6, 520*4, 108*4,5, 38*3,5.  Оценочная масса, кг

140

-

Оценочная масса металлоконструкций предтопка №2, кг

750

350

Внутренние размеры предтопка № 2 с сепаратором

Ширина* глубина *высота, мм

800 * 1300* 3000

600*660

*1500

Габаритные размеры предтопка № 2 с сепаратором

1600*2100

*3600

1100*1600

*2100

Предтопок № 2 работает в режиме факельной газификации с термическим размолом частиц. Аэродинамическая схема  фонтанно-вихревая:  фонтанирующий слой с прямоточным движением  газифицирующего агента,  с аэротерморазмолом в приямке, вихревым сепаратором возврата уноса. Газифицирующий агент – продукты неполного горения топлива, пар. Газы и частицы после сепараторов сбрасываем в обжигатель извести - предтопок № 3.

Аналоги:  слоевая газификация сухого топлива.  Газифицирующий агент – продукты неполного горения топлива, пар.

Прототип – патент. 

Патентная защита – ноу-хау.

 

5.5. Предтопок № 3 ЭТКУ - обжигатель мрамора с получением извести 

Режим - факельный обжиг с аэротерморазмолом.

Аэродинамическая схема фонтанно-вихревая:  фонтанирующий слой с ударным и прямоточным движением  греющего агента,  с аэротерморазмолом в приямке, вихревыми сепараторами возврата уноса. Греющий агент – продукты полного горения горючих газов, поступающих из предтопка № 2. 

Дымовые газы и частицы после сепараторов сбрасываем в топку ЭТКУ.  

Аналоги:  слоевой обжиг карбонатов в  газовых шахтных печах с греющим агентом – природным газом.

Прототип – вращающие печи обжига карбонатов. Греющий агент – природный газ.

Патентная защита – ноу-хау.

Таблица 5.5

Расчетные характеристики предтопка № 3 ЭТКУ

Вариант 1

Вариант 2

1

2

3

Вход. Производительность по негашеной извести, т/час

1,5

0,6

Расход мрамора без учета примесей, кг/час

2680

1070

Фракционный состав мрамора, мм  

от 0,01 до 5

Температура мрамора, 0С

0

0

Расход продуктов газификации, кг/час

1015

406

температура продуктов газификации,  0С

+850

+850

Теплота сгорания продуктов газификации, ккал/кг

или ккал/м3

2180

2530

2180

2530

Количество тепла, вносимого продуктами газификации, ккал/час

2516284

1006500

Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя,  по условиям металла (Ст.3 с.п.),  0С  

+350

+350

Расход горячего воздуха вариант,  м3/час

2550

1020

Количество тепла вносимого воздухом,  ккал/час

276726

107100

Процессы в предтопке и выход продуктов обжига.

Диапазон регулирования температуры процессов горения, обжига, аэротерморазмола в предтопке, 0С 

от 850  до 950

Температура продуктов обжига на выходе из предтопка, расчетная,  0С

+850

Количество образующего СО2 при обжиге мрамора,

кг/ч или м3/час

1180 /620

472/248

Объем дымовых газов после обжигателя, м3/час

3333,4

1333

Объем газов после обжигателя, включая СО2 м3/час

 

3953,4

1581

1

2

3

Выход извести и золы топлива из предтопка, кг/час / доля золы, %

1509/ 0,6

604

Фракционный состав уносимых частиц извести и золы, мм

до 0,01

до 0,01

Количество тепла от сжигания горючих газов и вносимого воздухом, ккал/ч.  

2793010

1117200

Тепло, расходуемое на получение извести, ккал/час

1139000

455600

Тепло, расходуемое на догрев воздуха до 850 0С, ккал/час

382500

153000

Тепло, передаваемое  поверхностям нагрева  в предтопке,  ккал/час

42400

17000

Тепло, выносимое из предтопка газами, известью и химическим недожогом , ккал/час

1 229110

491650

- тепло, выносимое из предтопка известью, ккал/час    1509*0,3*850 = 

384795

154000

- тепло, выносимое из предтопка газами, ккал/час

 3953,4 *0,31*850= 

1041615

416650

Количество тепла, недостающего по балансу,   ккал/час

384795 + 1041615 - 1229110 =

197300

-

Количество недостающего сухого топлива по балансу, кг/час    197300 : 3690=

54

-

Допуск-й хим.недожог топлива на выходе из предтопка, %

5

10

Количество недостающего сухого топлива при химическом недожоге,  кг/час

36

0

Уточненное количество сжигаемого сухого топлива по  вар1., кг/час    666,7 + 54 + 36 =

756,7

248

Дополнительные данные.

Аэродинамическое сопротивление сепаратора № 3, кг/м2

11

8

Аэродинамическое сопротивление воздушных сопел, кг/м2

70

70

Аэродинамическое сопротивление газового тракта предтопка № 3, кг/м2

15

11

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта,  кг/м2

90

90

Внутренние размеры предтопка № 3 с двумя сепараторами

Ширина * глубина *высота, мм

1000 *1600* 2000

600*1400 * 1200

Предтопок №3 изнутри футерован огнеупорным кирпичом толщиной 120 мм. Оценочная масса, кг

2500

-

Теплоизоляция - легкий бетон (вермикулит) толщина 250 мм. Оценочная масса, кг

800

-

Каркас для обшивки из профильной трубы 30*30 мм. Оценочная масса,  кг

100

-

Газоплотная обшива из листовой стали  2 мм, сплошная проварка. Оценочная масса, к

450

-

Трубы 420*6, 520*4, 108*4,5, 38*3,5.  Оценочная масса, кг 

400

-

Оценочная масса металлоконструкций предтопка №2, кг

950

550

Габаритные размеры предтопка № 3 с сепаратором: мм

Ширина* глубина *высота, мм

1800 *2400 * 2600

1300*1900*

1800

 

 

 

5.6.1.  Камера сгорания топки

Таблица 5.6.1

 

Расчетные характеристики камеры сгорания топки ЭТКУ.

Вариант 1

Вариант 2

Расход газов из предтопка № 3 , м3/час

3953

1580

Температура газовзвеси, 0С

+850

+850

Расход воздуха на топку, м3/час

370

150

Температура воздуха, 0С

+350

+350

Количество тепла, вносимого газовзвесью, воздухом  и химическим недожогом,  ккал/час

1565364

626150

Процессы в топке и выход продуктов обжига.

Диапазон регулирования температуры процессов горения и обжига в камере сгорания топки, 0С

820  -  900

Температура продуктов на выходе из камеры сгорания расчетная, 0С

850  

850

Объем дымовых газов на выходе из камеры сгорания,  м3/час

(вариант 1)

4380

1750

Теплонапряжение в объеме камеры сгорания,  ккал/ м3 *час

443’000

-

Скорость газов на входе в камеру сгорания, м/с

15

15

Скорость газов на выходе из камеры сгорания, м/с

6,7

6,7

Количество тепла, передаваемое поверхности нагрева, ккал/час

9600

3800

Количество тепла, выносимого газовзвесью, ккал/час

1555764

622300

Дополнительные данные.

Аэродинамическое сопротивление воздушных сопел,  кг/м2

70

70

Аэродинамическое сопротивление муфельных горелок камеры сгорания,  кг/м2

10

10

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта, кг/м2

90

90

Внутренние размеры камеры сгорания топки:

Ширина* глубина *высота, мм

2000 *1500 * 1600

1200*1000

*1100

Камера сгорания изнутри футерована огнеупорным кирпичом толщиной 120 мм.  Оценочная масса, кг.

4200

-

Теплоизоляция - легкий бетон (вермикулит) толщиной 250мм  Оценочная масса, кг

1500

-

Каркас для обшивки из профильной трубы 30*30 мм. Оценочная масса, кг

150

-

Газоплотная обшивка из листовой стали толщиной 2 мм со сплошной проваркой. Оценочная масса, кг

400

-

Трубы 108*4,5 и 38*3,5. Оценочная масса, кг  

100

-

Оценочная масса металлоконструкций камеры сгорания:

650

650

Габаритные размеры камеры сгорания топки, мм:

Ширина* глубина *высота, мм

2800 *2300 * 2000

2000 *1800  * 1500

 

 

 

 

 

 

 

5.6.2 Камера охлаждения топки

Таблица 5.6.2

Расчетные характеристики камеры охлаждения топки ЭТКУ.

Вариант 1

Вариант 2

Расход частиц извести и золы топлива вариант, кг/час

1509

604

Расход газов из камеры сгорания вариант, м3/час

4380

1750

Температура газовзвеси, 0С

 +850

850

Количество тепла, вносимого газовзвесью,  ккал/час

1555764

622300

Процессы в камере охлаждения и выход продуктов обжига.

Диапазон регулирования температуры охлаждения газовзвеси в камере охлаждения топки, 0С

от 580  до 620 .

Температура продуктов на выходе из камеры ,0С

610  

600

Объем дымовых газов на выходе из камеры охлаждения,  м3/час

4380

1750

Теплосодержание газовзвеси на один градус, ккал/час*0С

1842

737

Тепло, передаваемое поверхности нагрева, ккал/час      240*1842=

442080

177000

Количество тепла, выносимого газовзвесью, ккал/час

1113684

604600

Дополнительные данные.

Аэродинамическое сопротивление камеры охлаждения топки -- 3 кг/м2

Внутренние размеры камеры охлаждения топки

Ширина* глубина *высота, мм

2000 *1500 * 2000

1200*1000

*1400

Камера охлаждения изнутри футерована огнеупорным кирпичом толщиной 120 мм.  Оценочная масса, кг.

5000

-

Теплоизоляция из легкого бетона (вермикулит) толщиной 250 мм. Оценочная масса, кг.

1500

-

Площадь экранов в камере охлаждения, м2

11

4,5

Трубы 108*4,5 и  38*3,5.  Оценочная масса,  кг

550

-

Каркас обшивки из профильн.трубы 30*30 мм. Оценочн. масса,  кг

150

-

Газоплотная обшивка из листовой стали толщина 2 мм со сплошной проваркой. Оценочная масса,  кг

450

-

Оценочная масса металлоконструкций камеры охлаждения,  кг

1150

650

Габаритные размеры камеры охлаждения топки:

Ширина* глубина *высота, мм

2800 *2300 * 2400

2000 *1800 * 1800

 

 

5.7 Сепаратор после топки

Газы и частицы после сепаратора сбрасываем в раздельные конвективные газоходы

(табл. 5.7)

Аналоги: циклонный сепаратор в топке для твердого топлива с циркулирующим кипящим слоем.

Прототип – патент.

Патентная защита – ноу-хау.

Таблица 5.7

Расчетные характеристики сепаратора после топки ЭТКУ

Вариант 1

Вариант 2

1

2

3

Расход частиц извести и золы топлива вариант, кг/час

1509

604

Расход газов из камеры охлаждения, м3/час

4380

1750

Температура газовзвеси, 0С

610  

600

Количество тепла, вносимого газовзвесью,  ккал/час

1113684

604600

Процессы охлаждения и разделения в сепараторе

1

2

3

Диапазон регулирования температуры охлаждения газовзвеси в сепараторе, 0С

от 540  до 600

Температура продуктов на выходе из сепаратора,0С

590 

570

Расход частиц извести и золы топлива на входе, кг/час

1509

604

Расход частиц подаваемых в конвективный газоход с охладителем извести  фракция частиц более 0,001 мм, кг/час;

объем газов, м3/час

1484;

 

50

590;

 

50

Расход частиц подаваемых в конвективный газоход с воздухоподогревателем – фракция менее 0,001 мм, кг/час;

объем газов, м3/час

25

 

1330

14

 

1700

Тепло, передаваемое  поверхности нагрева сепаратора, ккал/час

  36840

14800

Дополнительные данные.

Аэродинамическое сопротивление сепаратора  за топкой –14 кг/м2.

Внутренние размеры сепаратора с разгонным газоходом

Ширина* глубина *высота, мм

2000 *300 * 450

1200*200 *300

Трубы 420*6,  520*4,  108*4,5. Оценочная масса,  кг

450

-

Теплоизоляция сепаратора - легкий бетон из вермикулита толщиной 150 мм. Оценочная масса,  кг

80

-

Каркас обшивки –профильн.труба 30*30 мм. Оценочная масса,  кг

20

-

Газоплотная обшивка из листовой стали  толщина 2 мм со сплошной проваркой. Оценочная масса,  кг

40

-

Оценочная масса металлоконструкций сепаратора за топкой, кг

460

200

Габаритные размеры сепаратора с  разгонным газоходом

Ширина* глубина *высота, мм

2800 * 1000 *600

2000 * 900 *400

 

5.8. Конвективные поверхности нагрева ЭТКУ

5.8.1 Охладитель извести

Аэродинамическая схема – нисходящее движение потока  газовзвеси высокой  концентрации с малой скоростью движения. Теплообмен кондуктивно-радиационный.   Газы и частицы после охладителя извести сбрасываем в систему пневмотранспорта и силос.  

Аналоги: конвективные поверхности котлов-утилизаторов с высокой  концентрацией  частиц в газовзвеси.

Прототип: зольный теплообменник установки с твердым теплоносителем по переработке 3000 т сланца в сутки (УТТ-3000).

Патентная защита – ноу-хау.

Таблица 5.8.1

Расчетные характеристики охладителя извести ЭТКУ.

Вариант 1

Вариант 2

Расход частиц извести и золы топлива,  кг/ч

1434

590

Расход газов, м3/час.

50

50

Температура газовзвеси 0С.

590

570

Концентрация частиц кг/ м3.

28,7

11,8

Количество тепла, вносимого газовзвесью,  ккал/час

263258

110000

Температура газовзвеси на выходе из охладителя извести +150 0С.

Количество тепла, выносимого газовзвесью, ккал/час

66930

28950

Тепло, передаваемое поверхности нагрева охладителя извести,  ккал/час

196328

81000

Тепло с выгружаемой известью, ккал/час    150*0,3 * 1509 =

67905

27160

Дополнительные данные.

Аэродинамическое сопротивление охладителя  извести    -- 2 кг/м2.

Внутренние размеры охладителя, Ширина*глубина *высота, мм

2000 * 120 *2200

1200*120 * 1500

Камера охладителя извести для предотвращения отложении футе-рована керамической плиткой 12 мм. Оценочная масса,  кг

150

-

Теплоизоляция - легкий бетон (вермикулит) толщиной 200 мм. Оценочная масса, кг

200

-

Длина труб в охладителе  извести 80 м. Трубы 108*4,5 и  38*3,5.  Оценочная масса,  кг

300

-

Каркас для обшивки и обшивка  учтены в составе топки.

Оценочная масса металлоконструкций охладителя  извести, кг

300

150

Габаритные размеры охладителя  извести:   

Ширина* глубина *высота, мм

2800 * 600 *2500

2000 * 600 *1600

 

5.8.2 Воздухоподогреватель ЭТКУ

Аэродинамическая схема типовая: нисходящее движение потока газовзвеси низкой   концентрации между труб, горизонтально-вращательное движение воздуха внутри труб. Газы и частицы после воздухоподогревателя сбрасываем в сушилку – предтопок №1. 

Таблица 5.8.2

Воздухоподогреватель ЭТКУ.  Вход.

Вариант 1

Вариант 2

Расход частиц извести и золы топлива, кг/час

25

14

Расход газов из сепаратора, м3/час

4330

1700

Температура газовзвеси, 0С

+590

570

Количество тепла вносимого газами,  ккал/час

817504

310000

Расход воздуха,  м3/час

3258

1300

Температура воздуха, 0С

+20

20

Температура газов  на выходе из воздухоподогревателя, 0С

+350

310

Количество тепла, выносимого газами, ккал/час

484960

168600

Тепло, передаваемое воздуху, ккал/час

332544

141400

Дополнительные данные.

Аэродинамическое сопротивление газового тракта воздухоподогревателя,  кг/м2

17

8

Аэросопротивление воздушного тракта воздухоподогревателя, кг/м2

65

40

Внутренние размеры воздухоподогревателя:

Ширина* глубина *высота, мм

2000 * 580 *530

1200*320 * 480

Стены изнутри футерованы огнеупорным кирпичом толщиной 120 мм. Оценочная масса, кг

1500

-

Длина труб в воздухоподогревателе 120*2=240 м.

Трубы 42*2,5 мм, оценочная масса,  кг

600

-

Трубные решетки толщиной 5 мм, воздушные короба толщиной 3,5 мм. Оценочная масса, кг

100

-

Каркас для обшивки и обшивка  учтены в составе топки.

Оценочн. масса металлоконструкций воздухоподогревателя, кг

700

250

Габаритные размеры воздухоподогревателя:

Ширина* глубина *высота, мм

2800 * 750 *530

2000 * 650 *400

 

5.9  Очиститель газов ЭТКУ

Аэродинамическая схема: первая ступень    зернистый фильтр щепы; во второй и третьей ступенях организовано движение слабо турбулизированного потока газовой взвеси в инерционном поле. Тепловая схема – охлаждение, конденсация водяных паров с получением заданного количества избыточной влаги. 

Патентная защита – ноу-хау.

Газы после воздухоподогревателя, системы пневмотранспорта и силоса извести пода-ют в сушилку – предтопок № 1. Температура подаваемой щепы (-20–(+10 0С). За счет противоточного движения щепы и  газов происходит очистка газов в зернистом фильтре щепы. Во входном сечении сушилки To-тура газов снижается до (+90–110 0С). Далее газы с выносимыми частицами, включая известь, проходят две ступени очистки. Вторая ступень – сухой сепаратор предтопка №1 с подачей уловленных частиц в выгружной шнек.  Третья ступень   мокрый сепаратор. Три  ступени очистки обеспечивают требования по очистки газов, выбрасываемых в атмосферу. Очищенные газы сбрасываются  через дымосос в дымовую трубу.

Таблица 5.9

Очиститель газов ЭТКУ. Дополнительные данные.

Вариант 1

Вариант 2

Аэросопротивление газового тракта  мокрого сепаратора с разделителем, кг/м2

45

40

Внутренние размеры сепаратора с разделителем:

Ширина* глубина *высота, мм

800*325

*600

600*280

* 500

Основн.материал – лист.сталь ВМСт.3пс. 4мм. Оценочн. масса,  кг

200

-

Трубы 375*6 и 108*4,5.  Оценочная масса, кг

70

-

Теплоизоляция – легкий бетон (вермикулит) толщина 150 мм. Оценочн. Масса,  кг

200

-

Обшива из профлиста. Оценочная масса, кг

30

-

Оценочная масса металлоконструкций мокрого сепаратора, кг

300

150

Габаритные размеры мокрого сепаратора:

1200 * 650 *1000

700 * 450 *600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.10 Тепловой и материальный баланс ЭТКУ, оснащенной разделителем газов и конденсатором пара дымовых газов. Вариант 1 – производство 1,5 т/ч извести

                   Таблица 5.10

Приход

Показатели

Расход исходного топлива влажностью 40 %, кг/час

1000

Низшая теплота сгорания исходного топлива, ккал/кг

2440

Высшая теплота сгорания исходного топлива, ккал/кг

2874

Тепловой потенциал исходн. топлива  по низшей теплоте сгорания, Гкал/час

2,44

Тепловой потенциал исходного топлива по высшей теплоте сгорания,  Гкал/ч

2,874

Расход топлива, высушенного до влажности 10 %,  кг/час

666,7

Количество водяного пара, получаемого из топлива,  кг/час

333,33

Тепловой химический и физический потенциалы высушенного  топлива  по низшей теплоте сгорания, Гкал/час

2,4845

Полученная масса продуктов газификации,  кг/час

1015

Тепловой химический и физический потенциалы продуктов газификации, Гкал/час

2,5163

Расход воды на конденсацию пара во внутреннем канале,  кг/час

8674

Расход конденсата и воды  после внутреннего канала,   кг/час

9826

Расход мрамора, кг/час

2680

Продукция

Количество получаемой извести, кг/час

1500

Количество получаемого из мрамора углекислого газа, кг/час

1180

Полезное тепло на обжиг мрамора, Гкал/час

1,139

Полезное тепло, передаваемое поверхностям нагрева предтопка №3, ккал/час

42400

Полезное тепло, передаваемое поверхностям нагрева камеры сгорания,   ккал/час

9600

Полезное тепло, передаваемое поверхности нагрева камеры охлаждения, ккал/час

442080

Полезное тепло, передаваемое в сепараторе за топкой, ккал/час

36840

Полезное тепло,  передаваемое в охладителе извести,  ккал/час

169328

Полезное тепло,  передаваемое в конденсаторе пара,  ккал/час

737280

Суммарное полезное тепло, идущее на производство пара и горячей воды,  ккал/час           700248 + 737280 =

1437528

Суммарное полезное тепло в ЭТКУ,  ккал/час  1839248 + 737280 =

2576528

Потери

Потери тепла в ЭТКУ, ккал/час   или 10,3 %, из них:   2874000– 2576528 =

297472

потери в окружающую среду  5 %, ккал/час           2874000 * 0,05 =

143700

потери с выгружаемой известью, ккал/час или 2,3 %

67905

Количество тепла в уходящем углекислом газе,  ккал/час

18700

Количество тепла в уходящих азоте и кислороде, ккал/час

65447

Потери тепла с уходящими газами,   ккал/час,

84147

 

 

 

 

 

5.11 Тепловой и материальный баланс ЭТКУ, оснащенной разделителем газов и конденсатором пара дымовых газов. Вариант 2 – производство 0,5 т/ч извести

Таблица 5.11

Приход

Показатели

Расход карбонатов в расчете на 0,6 т/час извести без учета примесей, т 0,6:0,56 

1,07

Температура нагрева карбонатов, 0С

850

Количество СО2 , получаемого из мрамора, т/час   1,07 - 0,6 =       или в м3/час

0,47 / 247

Затраты тепла на обжиг карбонатов  без учета золы топлива и прочих примесей, ккал/час                  1070 * 0,3 * 850 + 1070 * 425 =  272850 + 455360 =

728210

Теплота сгорания щепы,  ккал/кг,

3960

   - доля горючих,   %

99,1

   - доля золы,  %

0,9

Температура нагрева воздуха в воздухоподогревателе, 0С

350

Теоретический расход воздуха,  м3/кг

4,25

Коэффициент избытка воздуха за топкой

1,15

Расход воздуха,      м3/кг                                             4,25 * 1,15 =            

4,89

Тепло, вносимое воздухом,  ккал/кг                          4,89 * 0,3 * 350 =

513

Тепло, расходуемое на догрев золы топлива до 800 0С, ккал/кг топлива                                                  

                                                                                                                      0,009*0,3*800 =

2

Энтальпия чистых газов сгорания, ккал/кгЩепы,

                                                                                          850*(5+0,15*4,25)*0,32=

1533

Количество тепла топлива,  идущее  на получение  извести,  ккал/кг щепы

                                                                                              3960 + 513  - 2 – 1533 =

2938

Расход сухой щепы  на получение 0,6 т/час извести, кг/час  728210:2938

248

из них золы, кг/час                                                                     248*0,009 =

или в % к общей массе                                                            2,2: (2,2+600)*100 =        

2,2

0,3  

Тепловой потенциал сжигаемого топлива, ккал/час          248 * 3960 =

982080

Продукция

Кол-во сокового пара, образуемого из исходной щепы влажностью 40 % , кг/час 3,4 * 248 : 666,7 = 124   или 124 : 0,8 = 155 м3/час

124

155

Расход сырой щепы на получение 0,6 т/час извести, кг/час     248 + 124 =

372

Расход сырой (исходной) щепы на получение 1 т/час извести, кг/час 372:0,6= 

620

Полезное тепло, расходуемое на обжиг мрамора без его предварительного нагрева,  ккал/час или   в  %                                                    455360*100: 982080

455360

46,4

Расход условного топлива на 1т извести, кг у.т./т.  455360*1000:600:7000 =

108,4

Температура выгрузки  извести,  0С

150 0С

Температура уходящих газов после сушилки, 0С

80 0С

Объем газов сгорания топлива, м3/ч, из которого:                             248 * 5,64 =   

водяной пар,       248 * (0,792 + 0,0161 * 0,15) =  

углекислый газ   248 * 0,855 =  

            азот                      248 * 4,25 * 1,15 * 0,79 =  

           кислород              4,25* 0,15 * 0,21 * 248 =

1400

         197

         212

         958

          33,2

Количество воды, сбрасываемой из разделителя, кг/час или или м3/час            

30 / 37

Общее  количество  пара в газах после сушилки, м3/час    197+37+155 =  или  в кг/час                                                                                389 * 0,8=

включая (м3/ч): пар дымовых газов, пар после разделителя газов, соковый пар

389

311

 

Общее  количество  СО2  в газах после сушилки, м3/час   247+ 212 = 

или в                                                                          кг/час

459

872

Общий объем уходящих газов после сушилки, м3/час   1400 + 247 + 192 =

1839

Доля паров в уходящих газах      389 : 1839 =

0,211

Потери

Потери с выгружаемой известью и золой, ккал/час       (600+2)* 150*0,3 =

                                                                      или %    27090 : 982080 * 100 =

27090

   2,76

Потери с уходящими газами после сушилки, ккал/час   1839*80*0,32 = или  в %                   47078 : 982080 * 100 =

47078

4,8

Потери в окружающую среду 5 % или в ккал/час          982080 * 0,05 = 

49104

Суммарные потери в ЭТКУ, %                                         2,76 + 4,8 + 5 =  

12,56

Полезное количество тепла топлива, расходуемое на получение, пара, ккал/час     982080 * 0,4114 =        или    в %   100 – 46,3 - 12,56 =               

404 030

41,14

Тепло, возвращаемое в цикл воздухом, ккал/час             513 * 248 = 

127224

Тепло, возвращаемое в цикл в виде конденсата пара из дым.газов,        ккал/час  389 * 0,8 * 500 =   или                                     в %  155600 : 982080 =

155600

15,84

Суммарное количество тепла, получаемое в ЭТКУ, ккал/ч 404030+155600

559630 

 

6. Краткое описание основного и вспомогательного оборудования, суммарные тепловые и материальные балансы устройств и в целом ЭТКУ

Вариант 3 (зола + угольный механический недожог).

Вариант 3. Фонтанно-вихревая энерготехнология производства 5100 т/год или     0,6 т/час извести из мраморной крошки, 2700 Гкал/год или 0,32 Гкал/час тепловой энергии, 2270 т/год или  0,27 т/час активированной золы при использовании и сжигании 693 т.у.т. угольной золы уноса, содержащей до 20 % механич. недожога.

Разработана ЭТКУ производительностью 0,6 т/час чистой извести (14,4 т/сут) или 5100 т/год. Количество извести рассчитано, исходя из потребности заказчика в производстве 35000 м3/год газобетона в целях замены 80 % цемента на известь. Угольная зола уноса с механическим недожогом может быть применена в качестве топлива при соблюдении требований ГОСТ Р 55097-2012  «Ресурсосбережение»,   наилучших доступных технологий (НДТ), возможности переработки отходов в целях получения из них вторичных энергетических ресурсов. Соблюдение требований ГОСТа касаются как производителей, так и потребителей отходов.  

 

6.1 Склад и система подачи топлива в    предтопок № 2 – газификатор  ЭТКУ.

Склад топлива выполняется с соблюдением требованиям СНиП II-35-76. Учитывая близкое расположение поставщиков, на складе хранится недельный запас топлива, что по варианту 3 составит 45 т. Склад -  в виде двух силосов объемом по 20 м3. Подача из силосов организована по системе пневмотранспорта в расходный силос.

Расходный силос ЭТКУ выполнен на суточный запас золы уноса насыпной плотнос-тью 1100 кг/м3. Объем силоса 6,5 м3.  Силос выполнен в виде цилиндра с конусным днищем и течкой диаметром не менее 300 мм. Подача топлива из силоса в предтопок№2 производится шнековым газоплотным питателем с частотным приводом. Диаметр шнека не менее 300 мм. Между течкой и питателем установлен штыревой затвор.                                                          Дополнительные данные.

Расходный силос – диаметр 2 м,  высота 2 м

Основной материал - листовая сталь ВМ Ст.3пс.  4 мм. Оценочная масса 500 кг.

Шнековый питатель с частотным приводом. Оценочная масса  200 кг,

Оценочная масса металлоконструкций расходного силоса и питателя 700 кг.

 

6.2 Склад крошки мрамора  и система подачи мрамора  в предтопок № 3 ЭТКУ Совпадает с вариантом 2 п. 5.2

 

 

6.3. Предтопок № 2 ЭТКУ – газификатор угольного механического недожога

Режим факельной газификации с терморазмолом. Аэродинамическая схема фонтанно-вихревая: фонтанирующий слой с прямоточным движением газифицирующего агента, вихревым сепаратором возврата уноса. Газифицирующий агент – продукты неполного горения топлива, пар. Газы и частицы после сепараторов сбрасываем в обжигатель извести - предтопок № 3.

Таблица 6.3

Расчетные характеристики предтопка №2 – газификатора мехнедожога  

Показатели

Производительность по топливу, кг/час

267

Температура топлива.  0С

+10

Теплота сгорания топлива,   ккал/кг

3560

Фракционный состав, мм 

0,01- 1

Температура горячего воздуха после воздухоподогревателя по условиям металла (Ст.3 с.п.),  0С

+350

Процессы в предтопке и выход продуктов газификации

Температура процессов горения и газификации в предтопке, 0С

750- 950

Температура продуктов газификации на выходе из предтопка расчетная  0С 

850

Диапазон регулирования температуры по условиям обжига извести в предтопке № 3, 0С

800–900

Расчетное количество сжигаемого топлива –  10 %,   кг/час

27

Фракционный состав уносимых частиц углерода и золы, мм

0,005-0,012

Дополнительные данные

Аэродинамическое сопротивление предтопка № 2 по газовому тракту, кг/м2

10

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта предтопка № 2, кг/м2

40

Внутренние размеры предтопка № 2 с сепаратором:

Ширина* глубина *высота, мм

400 * 500* 2000

Предтопок № 2 изнутри футерован огнеупорным кирпичом толщиной 120 мм.  Оценочная масса , кг

1200

Теплоизоляция – легкий бетон (вермикулит) толщиной 250 мм. Масса, кг.  

500

Каркас для обшивки – из профильной трубы 30*30 мм. Оценочная масса, кг

100

Газоплотная обшивка из листовой стали толщиной 2 мм со сплошной проваркой. Оценочная масса,  кг

200

50

Аэродинамическое сопротивление предтопка № 2 по газовому тракту, кг/м2

10

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта предтопка № 2, кг/м2

40

Предтопок №2 изнутри футерован огнеупорным кирпичом толщиной 120 мм. Оценочная масса, кг

1200

Теплоизоляция – легкий бетон (вермикулит) толщиной 250 мм. Масса, кг.  

500

Каркас для обшивки - профильная труб 30*30 мм. Оценочная масса, кг.

100

Газоплотная обшивка из листовой стали толщиной 2 мм со сплошной проваркой. Оценочная масса, кг

200

50

Оценочная масса металлоконструкций предтопка № 2,   кг

350

Внутренние размеры предтопка № 2 с сепаратором:

Ширина* глубина *высота, мм

400* 500*2000

Габаритные размеры предтопка № 2 с сепаратором:

Ширина* глубина *высота, мм

1200 *1300*2200

Габаритные размеры предтопка № 2 с сепаратором:

Ширина* глубина *высота, мм

1200*1300 * 2200

 

 

 

6.4. Предтопок № 3 ЭТКУ - обжигатель мрамора с получением извести. Совпадает с предтопком  № 3 ЭТКУ, выполненным по варианту 2  п. 5.5.

 

6.5. Топка ЭТКУ варианта 3. Совпадает с топкой варианта 2   п. 5.6

 

6.6 Сепаратор за топкой варианта 3. Совпадает с сепаратором за топкой, выполненной по варианту 2 п. 5.7

 

6.7 Конвективные поверхности нагрева ЭТКУ

6.7.1 Охладитель извести по варианту 3 совпадает с охладителем по вар.2   п. 5.8.1

6.7.2 Воздухоподогреватель по варианту 3  совпадает с воздухоподогревателем, выполненному по варианту  2   п. 5.8.2.

 

6.8  Очиститель газов ЭТКУ

Аэродинамическая схема: в первой и второй ступенях организовано движение слабо турбулизированного потока аэровзвеси в инерционном поле. Тепловая схема – охлаждение и получение заданного количества избыточной влаги. Газы после возду-хоподогревателя по системе пневмотранспорта через известковый силос поступают в сухой уловитель. Уловленные частицы извести после охладителя посредством выгружного  шнека подаются во 2-ю ступень. Вторая ступень  - мокрый сепаратор, из него  уловленные частицы извести и избыточная влага далее поступают в сепаратор за топкой (вар.2 п.7). Обе ступени очистки удовлетворяют требованиям, предъявляемым к чистоте газовых выбросов в атмосферу. Газы через дымосос сбрасываются в дымовую трубу.

 

Дополнительные данные.

Вариант 3

Аэросопротивление газового тракта  очистителя газов, кг/м2

50

Основной материал - листовая сталь ВМ Ст.3пс. 4мм. Оценочная масса,  кг

10

Оценочная масса трубы,  кг

40

Теплоизоляция – легкий бетон (вермикулит) толщина 100 мм. Оценочная масса,  кг

100

Обшива из профлиста. Оценочная масса, кг

30

Оценочная масса металлоконструкций, кг

170

Габаритные размеры очистителя газов:

Ширина* глубина *высота, мм

700*450

*600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.9. Тепловой и материальный баланс ЭТКУ- вариант 3 (0,6 т/ч извести) Таблица 6.9

Приход

Показатели

Затраты тепла на разложение карбонатов,  ккал / 1кг СаСО3

425

Расход карбонатов на 0,6 т/час извести без учета примесей, т/ч  0,6: 0,56 =

1,07

Температура нагрева карбонатов, 0С

850

В обжигателе проиcходит полное сгорание механического недожога из золы уноса. 

Теплота сгорания топлива, ккал/кг

3560

·         доля углерода, % 

45,7

·         доля золы,  %

54,3

Теплота сгорания углерода, ккал/кг

7800

Температура нагрева воздуха в воздухоподогревателе ,0С

350

Теоретический расход воздуха,       м3/кг углерода

8,89

Коэффициент избытка воздуха за топкой

1,15

Расход воздуха,     м3/кг углерода      8,89 * 1,15 =

10,2

Тепло, вносимое воздухом, ккал/кг      10,2 * 0,3 * 350 =

1070

Тепло, расходуемое на догрев золы топлива до 800 0С,  ккал/кг топлива

                                                                                                          0,543*0,3*800=

130

Энтальпия чистых газов сгорания топлива,  ккал/кг углерода  

                                                                                           850*8,89*1,15*0,32=

2780

Количество тепла,  расходуемого на получение  извести,  ккал/кг                                                                  

                                                                                       7800+1070-130–2780 =

5960

Количество тепла топлива, расходуемое на получение извести,       ккал/кг углерода                                                                         7800 + 1070  - 130 – 2780

5960

Расход углерода на получение 0,6 т/час извести, кг/час    728210: 5960 =

122

Расход топлива на получение 0,6 т/час извести, кг/час  122:0,457= из которых 

267

             золы,                                                                 кг/час     267 – 122 =

                                              или   в общей массе  145: (145 + 600) * 100 =

145

19,5

Тепловой потенциал сжигаемого топлива, ккал/час               122 * 7800 =

951’600

Полезное тепло, расходуемое на обжиг мрамора без его предваритель-ного нагрева,  ккал/час                           или  в %  455360 * 100 : 951600 =

455360

47,9

Продукция

Количество СО2 , образуемого из мрамора, т/час  1,07 - 0,6 =  или  м3/час

0,47 /247

Затраты тепла на обжиг карбонатов  без учета золы топлива и прочих примесей, ккал/час       1070 * 0,3 * 850 + 1070 * 425 = 272’850 + 455’360 =

728’210

Температура уходящих газов после воздухоподогревателя,  0С

200

Объем газов от сгорания топлива, м3/час                      122 * 8,89 * 1,15 =

1247

Количество воды, сбрасываемой перед разделителем, кг/час (м3/ч)  30:0,8=

30 / 37

Общий объем уходящих газов после воздухоподогревателя, м3  247+247+37                                                   

1531

Полезное количество тепла топлива, идущего на получение  пара,  ккал/ч  951600 * 0,333 =      или  в %   100 – 47,9 - 18,8 =

316883

33,3 

Тепло, возвращаемое в цикл воздухом, ккал/час 1070 * 122=

130540

Потери

Температура выгрузки  извести  и золы,  0С

150

Потери с выгружаемой известью и золой,  ккал/час   (600+145)*150*0,3 =

или в %                                                                      33525 :  951600 * 100 =

33525

3,52

Потери с уходящими газами после воздухоподогревателя, ккал/час  

1531 * 200 * 0,32 =         или в %                                      97984 : 951600 * 100 =

97984

10,3

Потери в окружающую среду - 5 % составят ккал/час        951600 * 0,05         

4758

Суммарные потери в ЭТКУ                                                  3,52 + 10,3 + 5 

18,82   

7. Сопоставление технико-экономических показателей трех вариантов ЭТКУ

7.1. Аэродинамическое сопротивление газового тракта

Аэродинамическое сопротивление газового тракта рассчитано в  кг/м2 (табл.7.1). Начало газового тракта ЭТКУ - в предтопке № 2, тракт заканчивается дымовой трубой. Разряжение по газовому тракту перед сепаратором  предтопка № 2 составляет (- 5) кг/м2.

Таблица 7.1

Аэродинамическое сопротивление газового тракта.

Наименование элементов

Варианты по производительности и топливу

Вар. №1. Произ-ть 1,5 т/час.

Древесные отходы

Вар. №2. Произ-ть 0,6 т/час.

Древесные отходы

Вар.№3. Произ-ть 0,6 т/час.  Зола с мех. недожогом

Сепаратор  предтопка № 2  

10

10

10

Предтопок №3 с сепаратором

11

11

11

Камера сгорания с муфельной горелкой

10

10

10

Камера охлаждения

3

2

2

Сепаратор  топки   

14

14

14

 Воздухоподогреватель

17

8

8

Предтопок № 1 с сухим сепаратором 

75

60

-

Мокрый сепаратор

45

45

50

Дымовая труба  

2

2

2

Коэффициент запаса (нормМетод)

1,15

      Итого, кг/м2  

187*1,15=215

162*1,15=186

107*1,15=123

 

7.2. Аэродинамическое сопротивление воздушного  тракта  ЭТКУ

Воздушный тракт ЭТКУ начинается в коробе забора воздуха и заканчивается воздушными соплами предтопков  № 2, 3 и камеры сгорания. Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта рассчитано в  кг/м2 и представлено в таблице 7.2.

Таблица 7.2

Аэродинамическое сопротивление воздушного  тракта  ЭТКУ.

Наименование элементов

Варианты по производительности и топливу

Вар. №1. Произ-ть 1,5 т/час.

Древесные отходы

Вар. №2. Произ-ть 0,6 т/час.

Древесные отходы

Вар.№3. Произ-ть 0,6 т/час.  Зола с мех. недожогом

Сопла  предтопка № 2  

70

70

40

 

 Сопла  предтопка № 3

70

70

70

 

Сопла камеры сгорания

70

70

70

 

 Воздухоподогреватель

65

40

40

 

  Воздушные короба 

30

20

20

 

  Итого, кг/м2      

165*1,15= 190

130*1,15= 150

130*1,15= 150

 

 

 

 

 

7.3 Расходы основных материалов для изготовления ЭТКУ по варианту 1 и суммарные расходы материалов по вариантам 2 и 3  приведены в таблице 7.3.

 

Таблица 7.3 

Наименование блоков

Труба

Лист, прокат

Кирпич огнеупор

Бетон (вер-микулит)

Изделия

1

Бункер топлива 

120

Лист- 4 - 600 прокат - 680

-

-

питатель  частотный привод - 300;

вибратор -30

2

Бункер мрамора 

100

Лист- 4 - 380 прокат - 400

-

-

питатель  частотный привод -300

3

Предтопок № 1 - сушилка

80

Лист- 5 - 500 прокат – 80 профлист - 70

-

500

питатель  частотный привод -120

4

Предтопок № 2 - газификатор

140

Лист- 2 - 500 прокат – 100

3000

1000

-

5

Предтопок № 3 - обжигатель

400

Лист- 2 - 450 прокат – 100

2500

800

-

6

Камера сгорания  топки

100

Лист- 2 - 500 прокат – 150

4200

1500

-

7

Камера охлаждения  топки

550

Лист- 2 - 450 прокат – 150

5000

1500

-

8

Сепаратор за топкой

300

Лист- 5 – 80, Лист- 2 - 40 прокат – 20

-

80

-

9

Охладитель извести

300

-

-

100

Керамическая плитка- 150

10

Воздухоподог-реватель

600

Лист5 - 40 Лист3,5 - 60

-

100

-

11

Мокрый сепаратор за предтопком № 1

70

Лист 4 – 200, проф-лист- 30   прокат – 20

-

200

-

12

Газовые и воздушные короба

-

Лист 3,5 – 200, Проф-лист- 50  прокат – 60

-

300

-

13

Вентилятор 

 

прокат – 80

-