Концептуальные основы совместной работы барабанной сушилки и котла-утилизатора в схеме УТТ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

На сегодняшний день наиболее эффективной технологией энерготехнологического использования горючих сланцев является их полукоксование в установках с твердым (зольным) теплоносителем [1]. При этом неотъемлемыми элементами таких установок являются паровой котел-утилизатор (КУ) и сушилка, расчет которых должен проводиться совместно с учетом из взаимного влияния друг на друга. Связано это с тем обстоятельством, что расчетная температура газовой фазы после котла-утилизатора определяет потенциал влагопоглощения этого потока и зависит от количества влаги, удаляемой из исходного сланца. Поэтому сначала необходимо определиться с температурой сушильного агента (дымовые газы после КУ), зависящей от исходной влажности карьерного сланца и условий окружающей среды. Уменьшение теплопроизводительности КУ в зависимости от вышеприведенных условий также недопустимо ввиду значительной доли технологической нагрузки для энергообеспечения секции выделения (до 30%), остальной пар необходим для покрытия нужд теплофикации. Поэтому для наиболее жестких условий необходимо предусмотреть возможность выработки дополнительной теплоты к КУ за счет сжигания газа полукоксования для поддержания требуемой выработки пара.

Важным показателем с точки зрения работы сушилки (в работе рассмотрена установка барабанной сушилки), КУ и всего реакторного блока в целом является исходная влажность сланца Wн. Известно, что взаимодействие горючего сланца с атмосферной влагой и пластовой водой определяется особенностями органического вещества и его распределением по всему объему.

Так по данным [2] внутренняя (гигроскопическая) влага горючего сланца Коцебинского месторождения составляет Wa=2,5-12,8%, а общая (сумма свободной и связанной) Wtr=24-28%.

В работе [3] представлены результаты исследования поведения свободной влаги в сланцах различных месторождений при естественных условиях хранения (рис. 1).

Рис. 1. Кинетика влагоотдачи горючих сланцев, известняка и глины в естественных условиях хранения: 1 - мелинитовый сланец; 2 - болтышский сланец; 3 - байсунский сланец; 4 - волжский сланец; 5 - эстонский сланец (кукерсит); 6 - известняк; 7 - глина

Из анализа этих данных видно, что горючие сланцы месторождений Поволжья имеют низкую способность удерживать влагу. Так при 24-часовом хранении сланец способен потерять 55-60% свободной влаги. Поэтому даже в условиях высокой обводненности сланцевых пластов, характеризующих большую часть месторождений Поволжья, можно с уверенностью говорить о высокой доле потерь влаги в интервале между добычей сланца и подачей его в сушилку. Основной выход влаги будет происходить при транспортировке сланца, в хранилищах, а также на установках усреднения карьерной массы сланца перед подачей в технологический цикл УТТ.

Выбор типа сушильного устройства определяет характеристика материала и вид сушильного агента. По опыту эксплуатации установок УТТ в барабанный реактор поступают фракции в диапазоне 0-15 мм. Данный факт определяет выбор сушильного агрегата. В настоящее время для сушки зернистых материалов широкое распространение в промышленности имеют конвективные сушилки с взвешенным и полувзвешенным слоем материала. При этом применение сушилок с кипящим и фонтанирующим слоем затруднено в связи с широкой фракционностью состава сланца. Поэтому в качестве основного варианта может быть принята сушилка барабанного типа - надежная в эксплуатации и имеющая большую единичную производительность и хорошую равномерность сушки за счет параллельного движения сушильного агента и материала.

При известных параметрах дымовых газов на выходе из аэрофонтанной сушилки (АФТ), расходе и влажности подаваемого сланца на основании теплового баланса барабанной сушилки [4] может быть определена минимальная температура дымовых газов на выходе из котла-утилизатора по выражению, єС:

, (1)

где - расход сухого сланца, кг/с; - теплоемкость сланца, пара, воды и газовой фазы, соответственно, кДж/кг•оС; - температура сланца на входе и на выходе из барабанной сушилки, оС; - расход дымовых газов из АФТ, кг/с; - температура дымовых газов на выходе из сушилки (согласно рекомендациям [4] составляет 100-150 оС), оС; - влагосодержание дымовых газов в воздухе, подаваемом в зольный теплообменник, и на выходе из барабанной сушилки, кг/кг с.в.; - количество удаляемой влаги, кг/с; - потери тепла в окружающую среду, кВт.

Выработку пара котлом-утилизатором можно легко определить по балансовому соотношению:

, (2)

полукоксование теплоноситель сланец горючий

где - температура дымовых газов на выходе из АФТ, оС; - расход пара, энтальпия пара и питательной воды, соответственно, кг/с и кДж/кг.

Для расчета и выбора КУ необходимо определиться с производительностью по пару. Основное технологическое назначение пара связано со второй ступенью УТТ - блоком конденсации и выделения конечных продуктов. Пар, вырабатываемый КУ, необходим для регенерации абсорбента (диэтаноламина) в системах выделения газового бензина и сероводорода. Работами кафедры «Промышленная теплотехника» СГТУ имени Гагарина Ю.А. [2] определена тепловая мощность этих аппаратов в размере 1036-1304 кВт. В основу этой схемы положена освоенная установка УТТ-3000. В случае расчета УТТ-500 в первом приближении можно определить потребность в технологическом паре исходя из отношения производительности блоков. Поэтому при принятых параметрах (ps=3,5 МПа и ts=242 оС) количество технологического пара составит 0,35 кг/с. Теплофикационная нагрузка в зависимости от времени года по приближенным подсчетам определена нами в размере 110-549 кВт.

На рис. 2 представлены расчетные данные на основе совместного решения уравнений (1) и (2), различных режимов работы АФТ и переменного значения исходной влажности сланца, подаваемого в барабанную сушилку. Температура сушильного агента по рекомендациям [3], находится в пределах 500-600С. Исходя из опыта эксплуатации УТТ-3000 в Эстонии, количество свободной влаги на выходе из сушильного аппарата составляет до 1%.

Рис. 2. Влияние режимов работы АФТ на выработку пара котлом-утилизатором в условиях требуемой степени сушки исходного сланца: Gmax, Gmin - необходимая максимальная и минимальная выработка пара КУ, кг/с; 1, 2, 3 - расход пара при остаточном содержании углерода в полукоксе 5% и при исходной влажности сланца 7, 6 и 5%, соответственно; 4, 5, 6 - расход пара при остаточном содержании углерода в полукоксе 4% и при исходной влажности сланца 7, 6 и 5%, соответственно

Из анализа рис. 2 видно, что количества пара, вырабатываемого котлом-утилизатором, достаточно для полного покрытия технологической и теплофикационной нагрузок сланцеперерабатывающего предприятия на базе УТТ. К тому же есть возможность количественного и качественного регулирования материальных и тепловых потоков за счет изменения условий работы АФТ (расход полукокса, коэффициент избытка воздуха), регулирования расхода дымовых газов в КУ, времени выдержки исходного сланца в естественных условиях. При уменьшении нагрузки КУ в летний период эксплуатации необходимо предусмотреть возможность разбавления дымовых газов воздухом для исключения перегрева поверхностей барабанной сушилки и снижения их срока службы.

Список литературы

1. Блохин, А.И. Энерготехнологическая переработка топлив твердым теплоносителем [Текст] / А.И. Блохин, М.И. Зарецкий, Г.П. Стельмах, Г.Б. Фрайман. - М.: Светлый стан, 2005. - 336 с.

2. Бизнес-план на сооружение сланцеперерабатывающего предприятия с собственным карьером для открытой добычи сланца [Текст]. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1998. - 58 с.

3. Сидорович, Я.И. О влагоотдаче горючих сланцев [Текст] / Я.И. Сидорович, Л.Ф. Павлюк // Горючие сланцы. - 1985. - № 2/4. - С. 370-372.

4. Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст] / Ю.И. Дытнерский, Г.С. Борисов, В.П. Брыков. - М.: Химия, 1991. - 496 с.

Размещено на Allbest.ru