CC BY
45УДК 621.365.31
А.В. МОНАСТЫРЕВ, канд. техн. наук
Проекты эффективных шахтных и вращающихся печей с низким расходом топлива мощностью 200-600 т/сут извести
Ведущие зарубежные фирмы достаточно давно стали строить экономичные шахтные и короткие вращающиеся печи производительностью 300—1000 т/сут извести высокого качества, отапливаемые газообразным, жидким и пылевидным твердым топливом [1]. Наша страна не располагает шахтными печами, отапливаемыми газообразным и жидким топливом мощностью более 200 т/сут. Дешевый молотый длиннопламенный уголь для шахтных и вращающихся печей до сих пор не применяется.
Отечественные инновационные проекты рассчитаны на строительство экономичных шахтных и вращающихся печей большой производительности, обжигающих кальцитовый известняк, полученный грохочением отходов известняка многочисленных карьеров.
Требования к сырью для шахтных и вращающихся печей
Известняк технологический фракций при отклонении от нижнего и верхнего пределов
не более ±5%, мм............... 12-25, 20-40, 20-50, 20-60
Содержание глинистых и пылевидных частиц, %, не более... .1,5 Химический состав, мас. %
SiO2, не более....................................1,5
Аl2Оз+Fе2Оз, не более.............................0,4
МдО, не более....................................5
СаО+МдО, не менее............................53,65
Применяемое топливо: природный газ Q]р >33,5 МПа, мазут малосернистый марки 100, молотый каменный уголь марки Д (длиннопламенный) зольностью не более 12%.
Шахтные печи противоточно-прямоточного фильтрующего слоя производительностью 200—600 т/сут, отапливаемые газообразным, жидким или пылевидным угольным топливом, конструкции А.В. Монастырева [1].
Качество извести. Содержание активных СаО+МgО 86-92%; остаточного СО2 (ППП) - не более 2,5% (4%). Время гашения (гидратации): на природном газе 2-3 мин, на мазуте 3-4 мин, на угольной пыли 6-8 мин. Температура гашения: на природном газе и мазуте 70-80оС, на угольной пыли 60-65оС.
Основные показатели работы
Производительность, т/сут...........200, 300, 400, 500, 600
Удельный расход условного топлива, кг/т извести. . . . 129-131 Удельный расход электроэнергии, кВтч/т извести......18-20
На рис. 1 приведена схема устройства печи названного типа [1, 2, 3]. Печь состоит из вертикально установленной на плите футерованной шахты 16; керамического керна 24, 26; механизма загрузки сырья 20, 21, 22; механизма выгрузки извести 2, 36, 37, 46; расположенных в два яруса периферийных 8, 11 и центрального 43 горелочных устройств. В комплект печи входят: вентилятор 12 горячего воздуха, отбираемого из зоны охлаждения печи, вентилятор атмосферного воздуха,
дымосос и пылеосадительная установка. Вентиляторы, воздуходувка и дымосос снабжены асинхронными электродвигателями с частотными преобразователями тока.
Трапецеидальная форма полостей (зон) 4, 6, 9, 15 печи интенсифицирует процесс обжига материала. 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 части печных газов, отбираемых вентилятором 12 через короб 17 и направляемых в топки 11 верхнего яруса. Поэтому материал, находящийся в зоне подогрева выше уровня отверстий 25, подогревается только частью общего объема выходящих из зоны обжига газов, снижая их температуру на выходе из печи до 110—120оС. Отверстия 5 и каналы 29 служат для подвода к топочным горелкам 7, 8 нижнего яруса горячего воздуха, отбираемого из зоны охлаждения печи.
В топочные устройства 11 верхнего яруса вентилятором 12 подается нагретая до 450-500оС смесь газов, содержащая 11-13% О2. Сжигание топлива происходит при а=0,5-0,7 с образованием в топках потока газов при 1200-1250оС, содержащих СО и Н2. Выходящие из отверстий 10 продукты неполного сгорания топлива смешиваются в пережиме полости 15 с выходящими через отверстия 27 из полости 40 продуктами полного сгорания топлива, содержащими кислород, и догорают без химического недожога в слое материала верхней части зоны обжига (полости 15), развивая температуру 1350-1400оС. Сырье, подогретое до 800-850оС, омывается в пережиме полости 9 потоком газов с температурой 1350-1400оС, но пережога образующейся извести не происходит из-за интенсивного отвода тепла в его кусках на реакцию декарбонизации.
В топочные устройства 7 нижнего яруса под действием разрежения в печи по каналам 29 поступает часть воздуха, подогретого в зоне охлаждения 4 печи до 600-700оС. Другая часть воздуха из зоны 4 инжектируется горелочным устройством 43 в полость 39 керна и через отверстия 30 поступает в пережим полости 9. Сжигание топлива в горелках 7 и полости 39 при а>1,5 и температуре 1200-1250оС происходит без химического недожога. В пережиме полости 9 (зоны обжига) продукты полного сгорания топлива смешиваются. В полости 9 материал обжигается в противотоке с газами при
Размеры корпуса(барабана)печи и производительность по извести
Размер барабана, м 02,5X26 03,2X34 03,6X40 04X42 04,2X44
Производительность по извести, т/сут 180 300 420 550 650
научно-технический и производственный журнал
А-А
В-В
Г-Г
о С о %«% ' u
Рис. 1. Шахтная газифицированная противоточно-прямоточная печь производительностью 300 т/сут конструкции А.В. Монастырева: а - печь; б - отбор отходящих газов; в - отбор части печных газов из полости 42 керна; г - устройство короба отбора печных газов
температуре 1150—1100оС. В полости 6 материал медленно охлаждается за счет декарбонизации ядра крупных кусков извести, поэтому на выходе из пережима полости 6 температура извести снижается до 900—850оС. Более подробное описание устройства и работы шахтной печи данной конструкции приведено в [1, 3].
Низкий расход топлива достигается следующими факторами: использованием для сжигания топлива высокотемпературного воздуха; снижением потери тепла из-за низкой температуры отходящих газов; отсутствием химического недожога топлива; дополнительной декарбонизацией ядер кусков извести без дополнительной затраты топлива. Высокая степень диссоциации СаСО3 в извести достигается высокой и равномерной по поперечному сечению полостей печи температурой газов.
Короткие вращающиеся печи с шахтным противо-точно-прямоточным подогревателем-декарбонизатором сырья и шахтным охладителем-декарбонизатором извести конструкции А.В. Монастырева производительностью 180—650 т/сут (таблица) [4].
Требования к сырью и топливу для вращающихся печей приведены выше.
Качество извести. Содержание СаО+МgО не менее 90%; остаточный СО2 (ППП) не более 2% (3%). Время гашения извести, произведенной при сжигании природного газа составляет 3—4 мин, мазута 4—5 мин, угольной пыли 7—9 мин; температура гашения на природном газе и мазуте 70—80оС, на угольной пыли 60—65оС.
Удельный расход условного топлива 160 кг/т извести.
Удельный расход электроэнергии 22 кВт.ч/т извести.
Газифицированная короткая вращающаяся печь размером 04x42 м производительностью 550 т извести в сутки (рис. 2) оснащена: шахтными подогревателем сырья 7 и охладителем извести 17; включает откатную загрузочную головку 6 с футерованной течкой 11; устройством уплотнения загрузочной и откатной 14 головками печи, футеровкой с порогами и теплоизоляцией, выполненной с применением СВС-технологии [6]; главным приводом 2, 3 печи с асинхронным электродвигателем 4, управляемым частотным преобразовате-
Рис. 2. Вращающаяся печь размером 4x42 м производительностью 550 т извести в сутки
лем; системой гидроупоров, автоматически управляющих положением корпуса 1 печи на опорных роликах 5; многоканальной горелкой 16 с подачей в нее воздуха, подогретого до 400оС и выше в охладителе извести.
Сырье фракции 20—50 мм ленточным конвейером подается в приемный бункер, из которого через шлюзовое устройство поступает в подогреватель сырья 7.
Подогреватель-декарбонизатор сырья (рис. 3) состоит из теплоизолированной шахты 6 и расположенного внутри ее керамического керна 12 с отверстиями для прохода газов и материала. Общий поток газов, выходящих из корпуса печи при температуре 1100оС, на входе в керамический керн разделяется на два неравных по объему потока. Выходящие из отверстий 5 печные газы движутся в прямотоке с опускающимся в кольцевом пространстве холодным и влажным материалом, загружаемым механизмом 7. Больший по объему поток газов проходит через отверстия 3 и противоточную секцию, нагревая материал до 850—880оС, и вместе с газами прямоточной секции входит в кольцевой канал 4 футеровки, из которого общий поток отходящих газов при температуре 320оС дымососом по трубам направляется в очистное
в
rj научно-технический и производственный журнал
J^J ® февраль 2012 27~
Рис. 3. Шахтный противоточно-прямоточный подогреватель-декар-бонизатор сырья
устройство. В противоточной секции 40—45% СаСО3 де-карбонизируется, после чего материал плунжерными толкателями 2 с гидроприводами выгружается через отверстия 1 и по футерованной течке 15 поступает во вращающуюся печь.
Преимущества подогревателя-декарбонизатора сырья перед известными конструкциями:
— применение керамических материалов позволяет повысить температуру газов на его входе до 1100оС, при которой в сырье достигается декарбонизация 40—45% СаСО3, и снизить потери тепла в окружающую среду;
— клапан 9 переточного устройства обеспечивает поступление в противоточную секцию подогревателя материала с постоянной температурой, поддерживая в ней заданную степень декарбонизации сырья;
— минимальная металлоемкость.
Шахтный противоточно-прямоточный охладитель-декарбонизатор извести (рис. 4) состоит из теплоизолированной шахты 5, соосно расположенных в ней керамического 3 и чугунного 15 кернов, дискового питателя 1, 12 с приводом 11 и футерованного коллектора 4 для отвода горячего воздуха. Шахта и керны снабжены отверстиями 7, 8, 13 для прохода холодного и подогретого воздуха. Известь при температуре 1100оС из вращающейся печи через приемную воронку поступает в камеру-декарбонизатор 6, в которой крупные куски извести освобождаются от СО2 за счет накопленного тепла, после чего поступают в прямоточную секцию холодильника, охлаждаясь воздухом и нагревая его до 560оС. Продолжая опускаться, куски извести поступают в про-тивоточную секцию холодильника, где охлаждаются воздухом до 80оС и ножом ссыпаются на конвейер 2.
В холодильник поступают два потока атмосферного воздуха, из которых больший по объему проходит через противоточную секцию, а меньший через прямоточную. Оба потока горячего запыленного воздуха соединяются в кольцевом канале 8, из которого поступают в коллектор 4, затем проходят очистку от пыли в футерованном циклоне 23 и вентилятором 13 нагнетается в выгрузочную головку 14 и горелочное устройство 16 вращающейся печи 1 (рис. 2).
Рис. 4. Шахтный противоточно-прямоточный охладитель-декарбонизатор извести
Преимущества охладителя-декарбонизатора извести перед известными конструкциями:
— основные элементы холодильника выполнены из недорогих керамических и теплоизоляционных материалов, обеспечивающих подогрев воздуха до 500—560оС при незначительных потерях тепла в окружающую среду. Благодаря этому достигается тепловой КПД до 90—92%;
— работает под разрежением, поэтому не имеет пыле-выделения при эксплуатации;
— очищенный от пыли горячий воздух используется в печи и горелочном устройстве, существенно снижая удельный расход топлива на обжиг и улучшая видимость в зоне обжига, что облегчает визуальный контроль машинистом процесса горения топлива и положения факела.
Новые возможности создания недорогих, надежных и экономичных в эксплуатации предложенных шахтных печей, запечного теплообменного оборудования и футеровки вращающихся печей открываются с применением жаростойких особо легких ячеистых бетонов, а также растворов и покрытий на основе технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
Список литературы
1. Монастырев А.В., Галиахметов Р.Ф. Печи для производства извести. Воронеж: Истоки, 2011. 392 с.
2. Монастырев А.В. Печь для обжига сыпучего материала. А. с. 425030 СССР//Б.И. 1974. № 15.
3. Монастырев А.В. Инновационные шахтные печи противоточно-прямоточного фильтрующего слоя // Строительные материалы. 2010. № 6. С. 10—12.
4. Монастырев А.В. Устройство для подогрева кускового материала. А. с. 471498 СССР//Б.И. 1975. № 19.
5. Монастырев А.В. Эффективные короткие вращающиеся печи для производства извести высокого качества // Строительные материалы. 2010. № 5. С. 75-78.
6. ВладимировВ.С., Мойзис С.Е. и др. Новые огнеупорные и теплоизоляционные материалы и технологии их производства // Новые огнеупоры. 2002. С. 81-88.
научно-технический и производственный журнал
