CC BY
33УДК 621.745.3
А.В. МОНАСТЫРЕВ, канд. техн. наук
Инновационные шахтные печи противоточно-прямоточного фильтрующего слоя
При производстве извести наиболее экономичными печными агрегатами по удельному расходу топлива и электроэнергии являются шахтные печи. Самые крупные шахтные печи в РФ и странах СНГ работают на предприятиях содового производства. С 1975 по 1992 гг. на Крымском содовом заводе (Украина) работали спроектированные Союзгипростромом (Москва) четыре шахтные печи, отапливаемые коксом, производительностью до 450 т извести в сутки. Три шахтные печи Николаевского глиноземного завода (Украина), отапливаемые мазутом, переведенные в 2000 г. на природный газ по проекту ОАО «Липецкстальпроект», повысили производительность до 200 т/сут, оставаясь самыми крупными шахтными печами РФ и СНГ, работающими на природном газе [1, 2]. При обжиге чистого известняка фракции 40—80 мм получается известь с содержанием активных Са0+М§0=90—92% при удельном расходе 145—152 кг условного топлива и электроэнергии 18 кВт-ч.
Ведущие фирмы США, Германии, Австрии в течение сорока лет занимаются разработкой и строительством шахтных газифицированных печей производительностью 300, 500, 600 т/сут извести высокого качества при удельном расходе 120—126 кг усл. топлива и 21—25 кВт-ч электроэнергии [1, 3]. Поэтому разработка и строительство эффективных газифицированных шахтных печей производительностью 300—600 т/сут остается главным направлением развития известкового производства в РФ на ближайшие годы.
В шахтных печах отечественной конструкции обжигается карбонатное сырье фракции 40—150 мм с получением извести, в связи с чем в отвалах карьеров скопились сотни миллионов тонн известняка фракции 0—40 мм, занимающие большие площади и ухудшающие состояние окружающей среды. В то же время отходы известняка фракции 0—40 мм являются дешевым сырьем для производства извести хорошего качества, так как сортировка отходов с выделением чистого известняка фракции 12—25 и 25—40 мм с последующим обжигом в недорогих шахтных печах отечественных конструкций производительностью 300 и более т извести в сутки позволит получить ежегодно сотни тысяч тонн недорогой высококачественной извести.
Печи предлагаемого типа [2] отличаются специфическим конструктивным исполнением, позволяющим в одной и той же печи (без ее реконструкции) устанавливать различные аэродинамические и температурные режимы, отвечающие условиям обжига чистого известняка данной фракции, например 80—40; 40—25; 25—12 мм.
Шахтная печь (рис. 1) состоит из вертикально установленной на плите 3 футерованной шахты 16; керамического керна 24, 26; механизма загрузки сырья 20, 21, 22; механизма выгрузки извести, включающего вибропитатели 2 и несколько течек извести 37, оборудованных
шлюзовыми затворами 36, кольцевого конвейера 46; расположенных в два яруса нескольких периферийных 11 и центрального, расположенного в керне, горе-лочных устройств, снабженных горелками (форсунками) 8, 43. В комплект печи входят вентилятор 12 горячего воздуха, вентилятор высокого давления (ВВД) атмосферного воздуха, дымосос и пылеосадительная установка. Вентиляторы, воздуходувка и дымосос снабжены асинхронными электродвигателями с частотными преобразователями тока, позволяющими плавно и в широком диапазоне изменять давление подаваемого воздуха.
С целью интенсификации процесса обжига футеровка шахты выполнена в виде расположенных одна над другой полостей 4, 6, 9, 15 (зон печи) трапециедальной формы с уменьшающимся вниз поперечным сечением, сообщающихся между собой каналами. Расположенный соосно с шахтой керамический керн 26 наружной поверхностью соответствует в каждом поперечном сечении конфигурации стен футеровки шахты. Внутренняя полость керна разделена диафрагмой и стенками на полости 39, 40, 41, 42, причем полости 39 и 40 являются топочными, а полость 42 служит для отбора и очистки от крупнодисперсной пыли рециркуляционных печных газов, направляемых вентилятором 12 в топки 11 верхнего яруса. В связи с тем, что в верхней части зоны подогрева (до уровня отверстий 25 головки керна) материал подогревается только частью общего объема выходящих из зоны обжига газов, его поперечное сечение имеет такую площадь, чтобы скорость фильтрации газов в слое материала оставалась такой же величины, как и при полном расходе отходящих газов.
При обжиге чистого известняка, например фракции 80—40 мм или 40—25 мм, печь работает следующим образом. Из приемного бункера 21 через двухшлюзовый затвор механизма загрузки 20, 22 сырье с помощью поворотной течки 52 периодически загружается в кольцевое пространство верхней части зоны подогрева (полости 15), опускаясь в которой до уровня отверстий 25 головки керна 24, он нагревается до 300—350оС в противотоке частью выходящих из зоны обжига газов. Поэтому температура печных газов на выходе из зоны подогрева составляет 110—120оС. В конусной части зоны подогрева печи газы, находящиеся при температуре 1350—1400оС, омывают куски материала с возрастающей скоростью, подогревая их до 870—900оС. В этой части зоны подогрева в материале происходит полная декарбонизация М§С03 и на 40—45% СаС03. В верхней части зоны обжига (полости 9) опускающийся в противотоке с газами материал продолжает интенсивно поглощать тепло находящегося при температуре 1200—1250оС потока газов, обеспечивающее его декарбонизацию на 90—95%. Известь, поступив в начало нижней части зоны обжига (полость 6) с температурой поверхности кусков 1150—1200оС, опускается либо в
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
10 июнь 2010 *
Шахтная газифицированная противоточно-прямоточная печь производительностью 300 т/сут конструкции А.В. Монастырева: а - печь; б - отбор отходящих из печи газов; в - отбор печных газов из полости 42 керна; г - устройство короба отбора печных газов; 1 - коллектор холодного воздуха; 2 - вибропитатель; 3 - опорная плита; 4 - зона охлаждения извести; 5, 7, 10, 25, 27, 30, 31 - отверстия; 6 - нижняя (прямоточная) часть зоны обжига; 8, 11, 43 - горелочные устройства; 9 - верхняя (противоточная) часть зоны обжига; 12 - вентилятор; 13, 19, 34 - ПРЗ; 14 - коллектор горячего воздуха; 15 - зона подогрева материала; 16 - шахта; 17 - короб отбора печных газов; 18, 32, 35, 47 - воздухопровод; 20, 21, 22 - механизм загрузки с поворотной течкой; 23 - коллектор печных газов; 24 - верхняя часть керна; 26 - керамический керн; 28, 29 - кольцевые каналы первичного воздуха; 33 - патрубок; 36 - шлюзовой затвор; 37 - течка извести; 38 - кольцевой конус - распределитель атмосферного воздуха; 39, 40, 41, 42 - полости; 44 - газопровод; 45 - устройство крепления горелки (форсунки); 46 - кольцевой конвейер; 48 - улита; 49 - труба; 50 - труба перфорированная; 51 - отверстия; 52 - поворотная течка сырья
прямотоке с газами, движущимися при температуре 1050—1000оС с незначительной скоростью, либо практически при их отсутствии. В обоих случаях процесс декарбонизации СаСО3 в сердцевинах кусков извести происходит в основном за счет теплоты, накопленной их поверхностными слоями, поэтому температура поверхности кусков извести снижается до 900—850оС. На входе в зону охлаждения печи (полость 4) известь содержит активных СаО+М§О=91—92% при остаточном содержании СО2 =1,5-2,5%.
Опускаясь в противотоке с воздухом, куски извести интенсивно охлаждаются. На выходе из полости 4 их температура равна 80-90оС, затем вибропитателями 2 выгружается из зоны охлаждения печи в течки 37 и через шлюзовые затворы 36 поступает на кольцевой конвейер 46, транспортирующий известь в расходный бункер.
Атмосферный воздух под давлением 4-5 кПа подается вентилятором ВВД через патрубок 33 коллектора 1, трубопровод 35 и кольцевой конус — распределитель воздуха 38, расположенный в выходном кольцевом отверстии зоны охлаждения 4 выше вибропитателей 2, в зону охлаждения печи. Воздух, двигаясь в противотоке с известью, нагревается в зоне охлаждения 4 до температуры 600—700оС. На выходе из зоны охлаждения общий поток горячего воздуха разделяется на два потока, один из которых под разрежением через отверстия 5 и кольцевой канал 29 поступает в периферийные горелочные устройства 11 нижнего яруса, где участвует в
сжигании топлива, поступающего через горелки (форсунки) 8 с коэффициентом расхода воздуха а>1,5. Другая часть потока горячего воздуха, инжектируемая горе-лочным устройством 43 через отверстия 31 в полость 39 керна, сгорает в вихревом потоке при а>1,5 и через отверстия 30 поступает в верхнюю часть полости 6, где соединяется с продуктами горения топлива в топках 11 в общий поток газов, поднимающихся в полость 9. В го-релочном устройстве 43 в качестве первичного используется воздух, подогретый в полости 28до температуры 200оС. В связи с высокой температурой воздуха продукты горения топлива на выходе из топочных камер имеют температуру 1100—1150оС при незначительном расходе топлива.
Основная часть топлива сжигается в периферийных топочных устройствах 11 верхнего яруса, используя нагнетаемую вентилятором 12 подогретую до температуры 450—500оС смесь газов, содержащую 11—13% О2. Сжигание топлива происходит при а=0,5—0,7, поэтому продукты его неполного сгорания выходят в верхнюю часть зоны обжига (полость 9) при температуре 1200—1250оС. В пережиме полости 15 продукты неполного сгорания топлива смешиваются с выходящими через отверстия 27 из полости 40 продуктами полного сгорания топлива при а>1,5 и печными газами, поднимающимися из пережима зоны 9, также содержащими избыточный кислород. В результате смешивания трех потоков газов происходит догорание горючих газов (Н2 и СО) с увеличе-
fy-.- научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Ы -- - ® июнь 2010 11
нием температуры печных газов на выходе из пережима зоны подогрева до 1350—1400оС.
Короб 17 представляет собой смесительный теплообменник, состоящий из расположенных одна в другой труб 49 и 50, приваренных к улитке 48. Один конец короба 17 фланцами соединен с трубами 18 и 47, второй закреплен в стенке керна 24. Атмосферный воздух, минуя заслонку ПРЗ, под разрежением, создаваемым вентилятором 12, поступает в межтрубное пространство короба 17 и через отверстия 51 трубы 50 поступает в нее, где смешивается с печными газами. В связи с тем, что диаметр отверстий трубы 51 увеличивается в сторону керна 24, основная масса воздуха проходит трубу 49, интенсивно охлаждая ее от перегрева.
Прошедшие часть зоны подогрева печные газы поступают с температурой 650—700оС в полость 42, где в закрученном потоке из них выделяется крупнодисперсная пыль. Из полости 42 печные газы отбираются вентилятором 12 в трубу 50 и, перемещаясь по ней, смешиваются с поступающим из трубы 49 воздухом. При этом содержание кислорода в смеси газов увеличивается до 11—13%, а температура снижается до 400—450оС.
В связи с использованием для сжигания топлива воздуха, нагретого до высокой температуры, и невысокой температуры отходящих газов проектный расход условного топлива в печи составляет 129—131 кг на 1 т извести с содержанием активных СаО+М§О=85-92%; удельный расход электроэнергии 18 кВт-ч.
Предлагаемая шахтная печь при обжиге мытого известняка имеет ТЭП, равные с кольцевой печью К. Бек-кенбаха (Германия), но ее строительство намного дешевле, печь проще по конструкции и при эксплуатации, в связи с чем рекомендуется для строительства при производительности 300 т/сут и выше.
Новые возможности создания недорогих, надежных и экономичных в эксплуатации шахтных печей большой производительности открываются при использовании уникальных жаростойких особо легких ячеистых бетонов, огнеупорного кирпича, растворов и покрытий, приготовленных на основе технологии СВС — самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, разработанной ЗАО НПКФ «МаВР» (г. Жуковский Московской обл.). Эти материалы и растворы прошли испытания в космических аппаратах и начинают применяться в цементной, металлургической, химической промышленности. Смеси нетоксичны и представляют собой мелкодисперсные композиционные порошки из минеральных компонентов [4].
Ключевые слова: шахтные печи для получения извести, обжиг извести.
Список литературы
1. Монастырев А.В. Основные направления технического прогресса при производстве извести в СССР и за рубежом. Сер. 8. Вып. 1. М.: ВНИИЭСМ, 1989. 94 с.
2. Монастырев А.В. Печь для обжига сыпучего материала. А. с. 425030 СССР // Б.И. 1974. № 15.
3. Монастырев А.В. Критерии выбора современной шахтной печи при реконструкции или создании нового известкового производства // Строит. материалы. 2008. № 11. С. 18-23.
4. Владимиров В.С., Мойзис С. Е. и др. Новые огнеупорные и теплоизоляционные материалы и технологии их производства // Новые огнеупоры. 2002. № 1. С. 81-88.
Активато
измельчение активация синтез
Российские промышленные эллиптические шаровые мельницы "Активатор" интенсивного помола.
Activator-СШ Ас1™Шг-С500 Activator-СШО Activate г-С 5000
произв-сть 100 «г/ч 500 кг/ч 1000 кг/ч 5000 кг/ч
тонина помола 1-3 мкм 4-7 мкм 20-50 мкм 50-70 мкм
потребляемая мощность 5,5 кВт/ч 11 кВт/ч 30 кВт/ч 75 кВт/ч
габариты, мм 1020»570»1230 1122x750»1500 1710»925»1815 2850»1700»2950
Результаты активации цемента и помола материалов -на нашем сайте.
• Все мельницы проходят испытания на Мельницы "Активатор" производятся толый
Вашем материале, а дисперсный состав по оригинальным чертежам разработчика помолотых порошков тестируется а защищены Патентами РФ №18501, N633037 лаборатории. на полезные модели. Патентообладатель:
ЗАО "Активатор".
www.activator.ru »
Новосибирск, Софийская 18, оф 107 630056, Новосибирск 56, а/я 141 Факс: 8 (383) 325-18-49 Тел: 8 913 942 94 81 e-mail: belyaev@activator.ru
подготовка
ШИХТЫ ДЛЯ
керамической
плитки помол активация смешение
пигментов получение цемента компонентов сухих смесей пенобетона
Реклама
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
12 июнь 2010 *
