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西安鑫邦机电工程有限公司 发表于:2016-10-29 10:55:03 点击数: 回帖:

格言:西安鑫邦机电工程有限公司主要从事活性石灰生产线、石灰预热器、

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煅烧活性石灰的燃料

  煅烧活性石灰的燃料

  活性石灰的煅烧过程,实际上就是燃料燃烧的过程,是产生热量和热量交换的过程。

  如何选择燃料,对回转窑和产品的煅烧结果都是至关重要的。燃料在回转窑内完全燃烧后所产生的热效应,与窑炉的运作机理应保持相互间的,能够充分地适应和吻合。

  在回转窑上,对所要煅烧的物质——石灰石来说,燃料的发热值和燃料本身的质量则是更为重要的。与此同时,还应充分地考虑到,对所选用燃料的来源途径,投入成本等,应符合产品价值的要求。

  一、 燃料

  所谓燃料,通常是指:某种物质在空气或氧气中,容易产生着火燃烧并放出大量的热,可供给工业或家庭有效的、可利用的可燃物质。

  所谓标准燃料,是指规定发热量为29273kJ/ kg(千焦/千克)= 7000kcal / kg的燃料。

  根据燃料形成或演变的过程,进行性质划分,燃料可分为物理状态和化学状态两大类:

  1) 物理状态:如煤,天然气,石油等,它们通常被称之为一次能源 。

  2) 化学状态:如焦炭,液化石油气,煤气等,它们则被称之为二次能源。

  这些燃料按其本身具有的体态分类有固体,液体,气体三大类。它们的基本体态特征表现为:

  固体——具有一定的体积,又有一定的形状。如煤,焦炭等。它们是由多种复杂的有机化合物质组成的,其基本组成元素为C(碳)、H2(氢)、O2(氧)、N2(氮) S(硫)等。此外,还有一定的水份和灰份。

  在这些基本的元素当中,碳是固体燃料的基本组成体,是热量的主要来源,含碳越高的固体燃料其热值越高。

  氢在燃料中有两种形态:一种是与氧结合的氢,燃烧时热效应高。另一种是和燃料中的氧进行结合的氢,它不参加燃烧反应,它的存在降低了可燃物的含量。

  液体——具有一定的体积,但没有一定的形状。如汽油、材油、液化石油气等。

  天然的固体和液体燃料是经过长期的地质化学作用而生成,它们的基本组成物是各种有机化合物。

  用于工业的液体燃料通常是指石油及石油加工产品,石油主要是由各种烷类,归属碳氢化合物所组成。

  重油是从天然石油中获取的一种常温时为胶质状,类似于固体(半固体)经加热后呈流质状(半液体)的物质。承受的温度越高,流质感越强,它属于类似液体的二次能源。为此,若按形态上分类,它是一种界于固体和液体之间的燃料。但是,若将重油按使用时所产生的形态进行划分,它亦可归属于液体燃料的种类。

  气体——既没有一定的形状,又没有一定的体积。如天然气、焦炉煤气等各类煤气。

  其中,天然气是一种天然的,由一些饱和烃类组成的混合体,主要成份是甲烷(CH4),其含量可达到80 %以上。

  而在种类各异的煤气中,最具代表性的是焦炉煤气,它是一种以氢和碳氢化合物为主要成份组成的,其中,H2(氢气)含量>50 %。在各种煤气中属于发热值较高的气体燃料。

  通过对燃料的了解,我们对燃料已经产生了一个基本的认识。同时,也为在利用回转窑煅烧活性石灰时如何选择燃料提供了参考依据。

  根据回转窑的煅烧特点和石灰产品的产出价值以及燃料的获取途径等方面的需要,在煅烧活性石灰的燃料选择上,特别是在回转窑等大型的炉窑上,焦炉煤气,混合煤气,煤粉及重油已成为了较为常见的煅烧燃料。

  一)、焦炉煤气

  焦炉煤气,是高炉煤气、转炉煤气、混合煤气、发生炉煤气、铁合金炉煤气等众多煤气种类的主要组成部分之一。

  焦炉煤气是将煤在干锱(隔绝空气加热、即炼焦)过程中产生的一种可燃气体,是煤的组成物质在高温分解时的产物。

  煤随着干锱温度的增加,在干燥(预热)阶段,先放出煤中所含的水蒸汽及吸附的CO2 ,CH4等。当温度上升至200—300℃(热分解)时,含氧化物产生出CO2 ,H2O酚等。温度继续上升至400℃(软化)时,煤开始发生剧烈的分解,产生大量的CO、CH4、H2等,同时产生大量的初生焦油。当温度上升到500—700℃(半焦)时,产生以CH4 、H2为主的气体。当温度上升至750—1000℃(成焦)时,产生少量的以H2(氢)为主的气体。

  这些气体被收集在一起并由焦炉顶端的上升管引导至回收系统,经过一次脱硫(粗脱硫)和二次脱硫(精脱硫)处理后,便生成为一种气体燃料——低压(脱硫)焦炉煤气。

  焦炉炼焦中,每生产1吨焦炭产生约300 m3的荒煤气。回收过程中,对焦炉煤气的回收是指降低煤气所含的温度。净化是指脱去煤气中的焦油、水蒸汽、荼、H2S、NH3、苯类和酚等杂质。

  焦炉中的H2S燃烧时能生成SO2,有毒并污染空气。用于冶炼、化学合成时,对钢产品有降低热脆性(龟裂)的伤害作用。在输送过程中,容易腐蚀管道和设备。

  任何一种副产煤气都是由一些单一气体组成的。其中,主要的可燃成分有H2、CO和其他气态碳氢化合物CmHn以及H2S。不可燃成分有CO2、N2、O2除此之外,在气体燃料中还含有水蒸汽,焦油蒸汽和粉尘固体微粒。

  煤气中具有腐蚀性的主要成分是H2S、CO2和O2。但是,这些气体只有在有水时才具有腐蚀性。H2S、CO2在水中呈阳性,O2在水中则具有氧化腐蚀性。

  由于氢的燃烧速度很快,煤气与空气很容易混合,在使用最少量的过剩空气时便能够得到很好的燃烧效果。煤气使用以前,可以进行预热,从而可提高煤气的燃烧温度。焦炉煤气燃烧时,产生的火焰具有:较短、明亮,火力集中的特点。

  将焦炉煤气与其他类型的燃料进行比较,它具有:质地比较清洁,容易与空气混合,点燃、熄灭过程容易,易于控制,输送方便,成本低廉,保证使用不会中断等优点。

  通过生产实践表明,在利用回转窑来煅烧活性石灰时,将被称之为低压脱硫的焦炉煤气做为煅烧燃料,是一种较为理想的选择。

  焦炉煤气性质:

  1.无色,有臭味,有毒性,易燃易爆

  2.热值:4000 — 4100 kcal /m3 ,

  未经脱硫时,3800 — 3905 kcal /m3 (16,35mj /m3 )。

  3.比重:0.45 — 0.55 kg /m3

  4.燃点: 650℃

  5.燃烧温度: 1880 ℃

  6.爆炸范围: 6 — 30 %

  7.燃烧所需空气量: 3.6 — 4.0 m3/m3

  8.理化指标(%)

  名称H2CH4COCmHnO2CO2N2

  理论值50-6019-254-81.6-2.32-32-37-13

  实际值58.521.98.32.00.83.165.3

  9.杂质含量 mg / N m3

  名 称H2S有机硫荼(夏)荼(冬)焦 油

  指 数<200<250<100<150>50

  H2S为无色气体,具有浓厚的臭蛋气味。分子量:34.07,比重:1.52,发热值:5660大卡/m3,易容于水。爆炸范围:4.3~45.6 %,着火温度:364℃,火焰呈兰色,空气中浓度达0.04%时有害人体,0.10 %时可致人死亡。

  二)、高炉煤气

  高炉煤气,是高炉炼铁过程中产生的一种副产煤气。主要生产原料为铁矿石(原矿或烧结矿),石灰石,助燃剂等,主要燃料是焦炭。焦炭在燃烧过程中,开始由空气过剩状态逐渐变成空气不足的燃烧状态,结果便产生出了高炉煤气,也可称为BFG煤气或B煤气。每生产1吨生铁可生成2000 m3可燃气体,主要成分为CO,属低热值煤气,可单独供低热值煤气使用或与焦炉煤气(M)混合使用。

  高炉煤气性质:

  1.无色,无味,剧毒,易燃易爆

  2.热值:800 — 950 kcal / m3

  3.比重:1.295 kg/m3

  4.燃点:700℃

  5.燃烧温度:1400℃

  6.爆炸范围:40 ~ 70%

  7.燃烧所需空气量:0.83 ~ 0.85 m3/ m3

  8.理化指标: %

  名 称CON2CO2H2O2CH4

  指 数26—3156—607—141.5—1.80.50.3—0.8

  三)、转炉煤气

  转炉煤气是转炉炼钢过程中,氧气通过氧,从炉口上方伸入到距铁水适当的位置,以一定的压力进行吹炼。这时,铁的氧化物,特别是其中的氧化亚铁与铁水中的碳化合,产生出含有大量一氧化碳的气体,这一副产的可燃气体即为转炉煤气。

  由于转炉煤气的发热值较焦炉煤气要低,但又高于高炉煤气。气体中含有较大成分的CO和15 %左右的CO2、氮气以及微量的氧气和氧化物,并且含尘量较高。所以通常被作为废气排放或烧掉,其性质与高炉煤气相近。为此,在煅烧活性石灰的回转窑上,对转炉煤气的使用通常是以与其它较高热值的燃料进行混合使用的。

  净化后的转炉煤气,是一种有毒,易燃,无色无味,发热值为1700—2000大卡/m3的气体,煤气中含有55 %以上的CO,与空气或氧化混合达到一定比例时,遇到明火便会发生爆炸。

  转炉煤气理化指标:%

  名 称COCO2O2N2H2

  指 数56.7~61.218.9~17.90.4~0.3722.4~19.31.5

  四)、混合煤气

  随着工业发展的需要,将焦炉煤气与高炉煤气或者其它煤气进行混合使用,已在各种加热、煅烧、冶炼工艺中被广泛地采用。

  在将各种煤气进行混合使用的同时,将煤气与其它燃料混合配制使用的种类也很多。如液化石油气、煤粉、重油等。总之,对燃料的混合使用,是一种很好的利用能源、节约能源的使用手段。

  在气体燃料混合使用的过程中,用于表示混合气体成分的方法通常有体积成分和重量成分两种。气体的重量与重量之比是重量成分,气体的分容积与总容积之比,被称之为体积成分。

  混合气体的比热有容积比热和重量比热,重量比热等于混合气体所含的各种气体的重量比热和它们的重量成分乘积的和。容积比热等于组成混合气体的各种气体的容积比热与它们的容积成分的乘积之和。

  在种类众多的煤气中,在各自固有的特点的基础上,它们之间又存在着既相同又不尽相同的易燃易爆,有毒性的基本性质。

  其中,能够引起煤气爆炸所必须具备的条件是:a、煤气与空气混合达到一定的比例(爆炸极限范围)。b、处于爆炸极限范围的混合物遇到明火或达到着火温度。c、 混合物处于密闭或开孔极小的容器内。

  煤气爆炸是指,当煤气发生瞬时燃烧并产生出具有高温、高压冲击波并对物质或环境形成强大的破坏力。空气、煤气混合物的爆炸特征是,煤气迅速地燃尽后产生的发热和瞬时急剧的膨胀反应。

  煤气中的有毒成分主要是指CO(一氧化碳),它是一种在常温状态时呈无色,无臭,无刺激性,性极毒。燃烧时呈蓝色火焰,与空气混合极易发生爆炸的气体。

  分子量:28.01,

  密度(比重):0.968

  热值:3020大卡/m3

  燃点:609℃,在气体中含有少量的水即可降低其着火温度

  爆炸极限:12.5 ~ 75 %。

  空气中可允许的CO浓度为0.02 g /m3

  空气中含量0.06%即有害人体

  空气中含量0.2 %时即可使人失去感觉

  空气中含量0.4 %可至人迅速死亡

  CO是C与O2结合燃烧不完全时的产物,它们结合并产生完全燃烧后生成CO2,而燃烧不完全时则可生成CO。它既是一种可燃烧气体,又是一种有毒性气体。CO对人的危害是极大的,在进入人体呼吸道很少量的情况下便会很快地导致中毒,同时也会在很短的时间内至人死亡。

  当人体通过呼吸道吸入CO后,CO即被吸入肺泡内并进入血液,使血液中输氧的血红蛋白被减少,造成人体组织缺氧而引起中毒。它造成人体中毒的机理在于:

  1)、CO与Hb亲和生成HbCO (碳氧血红蛋白),它们的亲和力比O2与Hb的亲和力大300倍。而它们的解离速度却要比HbO2(氧合血红蛋白)的解离速度慢3600倍,从而阻碍氧的释放和传递,引起人体组织缺氧。

  2)、CO能与许多C(碳)结合,从而影响酶的功能。

  3)、人体中枢神经对缺氧最敏感。

  煤气造成人体中毒的关键是CO成分,人体中毒的程度主要与血液中的CO浓度有关。CO在人体血液中的浓度不同时,人体中毒的反应程度亦是不同的。

  a、 CO浓度达到1~20 %时,有轻度头痛,额部有紧压感。

  b、CO浓度达到20~30 %时,头痛时有心悸。

  c、 CO浓度达到30~40 %时,头痛剧烈,虚弱无力脑晕虚脱,视力模糊思维迟钝。

  d、 CO浓度达到40~50 %时,容易虚脱,脉搏、呼吸加快。

  e、 CO浓度达到50~60 %时,惊厥昏迷。

  f、 CO浓度达到60~70 %时,惊厥昏迷,心脏、呼吸受到抑制,可能导致死亡。

  g、CO浓度达到70~80 %时,脉搏细弱,呼吸缓慢,心脏衰弱而死亡。

  通过对气体燃料基本性能的了解,煤气是一种较为经济、用途广泛的由管道输送,必须具有一定的压力、温度、体积、速度的气体燃料。所谓压力是指单位面积上所受到的垂直作用力,被称为压强,工程上常被称为压力。

  压力单位,在国际标准中使用N/m2即Pa(帕斯卡)表示。工程单位为kg / m2。此外,在使用中还存在着很多习惯性的表示单位。为此,在常见的压力单位中也就存在着它们之间的换算关系:即

  1个(标准)物理大气压 = 101300 N/m3

  = 101.3 kN/m2

  = 10330 kgf/ m2

  = 760 mmH2O

  由于1 kgf/ cm2与物理上的1标准大气压在数值上很相近,故而在工程上常将1 kgf/ cm2称为工程大气压。

  气体的温度、压力、体积之间的关系具有:在一定的压力条件下,气体的体积与气体的绝对温度成反比。在一定的温度时,气体的体积与气体的绝对压力成反比。当气体的体积不变时,气体的压强与气体的绝对温度成正比的关系。用于表示它们之间的关系式为:

  PV = CRT或PD = RT

  也可用 常数表示

  五)、煤

  煤是指一种固体、呈黑色、质地各异的可燃烧物体。属于天然的、埋于地下,由C(碳)、H(氢)、O(氧)为主要元素组成的有机岩质。

  由于煤的质地各有不同,煤可分为:烟煤、无煤烟、褐煤、泥煤等很多种类。煤因分布于地表地下,地域广阔、开采容易、用途广泛。在民用、工业等很多领域得到了使用。

  根据用途的不同,对煤的质地要求亦不同。用于检测煤的质量指标内容一般包括:灰份、挥发份、水份、固定碳、发热量、硫、磷含量等。

  其中,煤的挥发份,是检测煤的质量和在工业用途中进行分类的重要指标之一。

  煤粉的细度通常以目表示,它是指在120英寸的面积内,用针刺出的眼数,即为多少目。

  烟煤理化指标:%

  名 称S水份灰份挥发份细度

  指 标≤0.4≤1.5≤10≤15≤8

  六)、重油

  重油是一种有机化合物的混合物。主要由不同族类的碳氢化合物和溶在其中的固体碳氢化合物组成。它们包括烷烃、环烷烃、芳香烃和少量烯烃及少量的硫化物、氧化物、水以及混入的机械杂质。

  重油是石油经过蒸馏处理后得到的塔底产品。其质地粘度较大,常温状态呈半固体,经升温加热降低粘度后呈半流质体。其色泽发黑,可燃成份较高。属于典型的工业燃料。

  对重油产品质量的区别,常以粘度、凝点和闪点的不同来区分。重油的粘度较大,并且能够随温度的变化而变化,因此,它的比重亦会随温度的变化而变化。

  重油理化指标: %

  名 称CHO+N灰份水份

  指 标85—8810—130.5—10.1—0.31—4

  重油质量标准

  标号恩氏粘度凝点℃闪点℃灰份%水份%S%杂质%

  205≤1580≤0.3≤1.0≤1.0≤1.5

  6011≤20100≤0.3≤1.5≤1.5≤2.0

  10015≤25120≤0.3≤2.0≤2.0≤2.5

  2005—10≤36130≤0.3≤2.0≤3.0≤2.5

  二、热 值

  各种燃料在体态特征的不同之中,还有着各不相同的热工特性。其中最明显的特征之一,就是热值不同。

  所谓热值,是指每单位重量或体积的燃料完全燃烧时所放出的热量。

  在单位燃料完全燃烧后,将燃烧产物中的水蒸汽冷却到零度时的水放出的热量也计算在内的热量。被称之为该燃料的高发热值。

  在单位燃料完全燃烧后,将燃料产物中的水蒸汽冷却到20℃时所放出的热量。则被称之为该燃料的低发热值。

  在日常使用过程中,我们所指的或使用的燃料发热值,通常是指燃料燃烧后的最低发热值(QH),单位常以kcal / kg (千卡/千克)或kcal / Nm3 (千卡/标准立方米)表示。

  其中,在对各种燃料的使用过程中,为了规范测定燃料的燃烧热量,从理论上产生了:以千克单位的标准煤完全燃烧后所产生的热量7000kcal为标准,来衡量比照各种燃料燃烧后所发出的热量,取其低热值单位,被称为该燃料的低发热值。

  在目前常见的燃料种类中,发热值最高的是液化石油气。而在工业燃料中,发热值最高的燃料是重油。

  常用燃料发热值:

  燃 料 名 称低 发 热 值着 火 温 度 ℃

  液化石油气10800 kcal / kg300

  重 油9800 kcal / kg500 — 600

  天 然 气9000 kcal / Nm3550 — 600

  标 准 煤7000 kcal / kg600

  焦 炉 煤 气4000 kcal / Nm3600 — 650

  转 炉 煤 气1800 kcal / kg650 — 700

  高 炉 煤 气950 kcal / Nm3700


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