ОСОБЕННОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ использования регенеративных горелок на промышленных  печах переработки лома и отходов цветных металлов

Аннотация. Сегодня, стабильно высокий уровень цен на природный газ стимулирует внедрение техники и технологий, способствующих экономии энергоносителей, повышению эффективности их использования. Данный вопрос особенно актуален для отраслей с традиционно высокими удельными показателями энергопотребления – черная, цветная металлургия. В докладе изложены материалы многолетнего опыта внедрения регенеративных горелок для отопления отражательных плавильных печей, предназначенных для металлургического передела лома и отходов цветных металлов и их сплавов.

Ключевые слова: регенератор, регенеративная горелка, отражательная печь, система отопления, эффективность

Введение

На сегодняшний день ни для кого не секрет, что регенеративные горелки, оборудованные компактным короткоцикловым  регенератором, являются высокоэнергоэффективным средством отопления промышленных печей, и имеют массовое применение в мировой металлургической практике.

В Украине также накоплен достаточный опыт опытно-промышленного и промышленного применения таких устройств. В частности, Институт газа имеет 20-и летний опыт. Основная схема конструктивного устройства регенеративной горелки приведена на рисунке 1.

Согласно теории, применение регенеративных горелок (далее по тексту – РГ) экономически обосновано при температуре печного пространства более 800 °С.

Средняя рабочая температура отражательных алюмоплавильных печей составляет от 900 °С (при получении обычных сплавов) до 1000 °С (при получении высокотемпературных сплавов), что отвечает условиям эффективного применения РГ. При таких параметрах, температура подогрева воздуха составляет на 150…200 °С от рабочей температуры в плавильной зоне.

Постановка задачи

Приведем  ряд особенностей работы плавильных печей с  РГ при переплаве лома и отходов алюминиевых сплавов:

- отечественные печи, как правило, работают в «рваном» цикле, с периодическими длительными простоями, частыми разогревами и остановами агрегатов;

- чистота и качество исходной шихты – лома алюминиевых сплавов – ухудшается. Рыночная коньюнктура заставляет предприятия работать с весьма загрязненными ломами;

- кампания работы печей до проведения капитального ремонта, как правило, увеличивается от нормальных 5- и лет до 8…10 и более лет (в моей практике есть печи, проработавшие 18 лет без капитального ремонта!);

- агрессивная и высокозапыленная печная среда, особенно в периоды расшихтовки, выгорания покрытий, выпаривания органических и неорганических веществ  с загруженного лома;

- необходимость применения высокоактивных хлористых и фтористых соединений для вывода оксидов на поверхность, повышения выхода годного сплава;

- неоднородный состав исходного сырья;

- достаточно широкая номенклатура заданных к получению сплавов;

- относительно продолжительное время печь находится с открытой загрузочной дверью, площадь которой на печи с объемом ванны-накопителя 20 тонн по алюминию составляет до 5 м2!

- контролируемое содержание кислорода в печной среде (для минимизации перехода алюминия в оксид – безвозвратные потери).

Основные результаты исследований

Ниже представлен обзор практически используемых на сегодняшний день в промышленности устройств, разработанных группой Отдела проблем промышленной теплотехники Института газа НАН Украины

Рисунок 1. Схема устройства регенеративной горелки

Рабочая группа отдела проблем промышленной теплотехники нашего института с 1998 года занимается разработкой ПКД плавильных печей с системой отопления, оборудованной кок рекуператорами, так и регенеративными горелками.

Ниже приведены схемы двух наиболее характерных вариантов компоновки печей. На рисунке 2 показана схема стационарной отражательной алюмоплавильной печи с сухим наклонным подом. Печь имеет независимые системы отопления зоны плавления и копильника, оборудованные РГ с компактным короткоцикловым регенератором. В качестве насадки используются корундовые шары 25 мм в диаметре. Горелки оборудованы автоматическими постоянно действующими запальниками – пилотами. Система отопления печи автоматически выключается при открывании загрузочной двери.

Рисунок 2. Схема плавильной печи с регенеративными горелками

Рисунок 3. Фото плавильной печи объемом 20 тонн. Фронтальный вид на систему отопления

На рисунке 3 - фото печного агрегата с объемом ванны 20 тонн. Размеры печи в плане 5*5 м. Номинальная мощность каждой из двух горелок – 850 кВт.

Удельный расход природного газа не превышает 110 м3 на тонну готовой продукции.

На рисунке 4  приведена схема роторной наплавочной камеры, установленной на наклонную в двух направлениях платформу. Габа-ритная длина по корпусу наплавочной камеры – 5 м, диаметр – 3м.

Рисунок 4. Роторная наплавочная камера с регенеративной горелкой

Объем расплава в печи – до 3-х тонн.

Печь оборудована одной РГ, номинальной мощностью 1,0 МВт.

Удельный расход газа на получение 1 т расплава не превышает 85 м3.

На рисунке 5 – фото действующей установки на одном из киевских предприятий.

Рисунок 5. Фото роторной алюмоплавильной печи

Продукты сгорания, в данных конструкциях печных агрегатов, удаляются через насыпную шаровую насадку компактных регенераторов, оставляя в насадке, помимо возвратного энергетического потенциала, большую часть пылеуноса (оксидов металлов). Конструктив камер регенераторов позволяет производить извлечение насадки для ее очистки без останова печи.

Один комплект шаровой насадки служит до 5 лет.

В зависимости от степени загрязнения переплавляемого лома, насадка очищается от одного до четырех раз в месяц. Период замены насадки – 10…15 минут.

Для сравнения, удельный расход газа в отражательной печи, оборудованной модульно-струйными рекуператорами типа РМС, с нулевым сопротивлением по дымовой стороне, составляет 140 м3 на тонну готового расплава.

В настоящий момент, в разработке находится регенеративная плоскопламенная горелка, а также горелка на коксо-доменной газовой смеси.

Выводы:

В целом, практическое применение РГ на специализированных предприятиях переработки лома и отходов цветных металлов, за счет существенного снижения топливной составляющей техпроцесса,  позволяет добиться главного показателя – достижения конкурентноспособной цены на получаемую продукцию.

Практическим путем доказана высокая эффективность использования РГ. При относительно небольших капитальных затратах, удельные показатели расхода природного газа на тонну годного марочного сплава могут быть снижены более чем в два раза по сравнению с традиционной системой отопления, оборудованной поверхностными рекуператорами.

Сведения об авторах: