CC BY
18225февраля 2011 г. исполняется 80лет Альберту Васильевичу Монастыреву, кандидату технических наук, одному из ведущих специалистов в области производства извести.
А.В. Монастырев родился в 1931 г. в г. Майкопе Краснодарского края. В 1956г. — закончил Московский энергетический институт по специальности инженер-теплотехник, в 1961 г. — с отличием Всесоюзный заочный энергетический институт (Москва) по специализации «Авторегулирование тепловых процессов». Трудовая биография юбиляра началась на Запорожском огнеупорном заводе, затем продолжилась на Запорожском титано-магниевом заводе и в Запорожском филиале института автоматики Госплана УССР.
В 1964 г. он успешно окончил аспирантуру Московского химико-технологического института и защитил диссертацию на степень кандидата технических наук. В 1964 г. стал заведующим лабораторией технологии извести и сектора печей во ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова, а с 1973 г. — во Всесоюзном (позднее Всероссийском) институте повышения квалификации руководящих работников и специалистов Госстроя РФ.
Практически вся профессиональная деятельность Альберта Васильевича связана с тепловыми процессами при производстве извести. Он руководил разработкой консольной фурменной охлаждаемой воздухом горелки ГФИ для газифицированных шахтных печей. Ее внедрение на нескольких десятках шахтных печей дало большой экономический эффект. Например, внедрение горелки ГФИ на четырех шахтных печах только Волгоградского комбината строительных материалов привело к годовой экономии топлива на сумму более 200 тыс. USD. Также А.В. Монастырев занимался разработкой и внедрением в промышленность нового типа шахтной газифицированной печи, оснащенной горелками ГФИ, производительностью 50—200 т извести в сутки, использующей рециркуляцию отходящих печных газов.
Крупной научно-исследовательской работой юбиляра является эффективная короткая вращающаяся печь с шахтным подогревателем сырья и холодильником извести производительностью 300—500 т/сут.
В настоящее время А.В. Монастырев является членом некоммерческого партнерства производителей извести, и основная сфера его научных интересов сосредоточена на дальнейших разработках и внедрении коротких вращающихся печей для производства высококачественной извести.
За время работы юбиляром получено двенадцать авторских свидетельств на изобретения, часть которых с большим экономическим эффектом внедрена в промышленность. Опубликовано более 90 научно-технических, учебных и учебно-методических работ, включая десять книг и учебников по оборудованию и производству строительных материалов. В 1971 г. издан учебник для подготовки рабочих на производстве «Производство извести» («Высшая школа»). По просьбе руководства «Стройиздата» написана и в 1972 г. издана книга для работников предприятий «Производство извести»; в 1979 г. издательством «Металлургия» выпущен справочник «Печи для производства извести»; в 1988 г. опубликован учебник для профессионального обучения рабочих на производстве «Гашение строительной извести» («Высшая школа»).
А.В. Монастырев является постоянным автором журнала «Строительные материалы»®, участником проекта СИЛИКАТэкс.
Редакция, редакционный совет, коллеги поздравляют Альберта Васильевича с 80-летием и желают здоровья, творческих успехов, неиссякаемой энергии и успехов во всех начинаниях.
УДК 669.042
А.В. МОНАСТЫРЕВ, канд. техн. наук, ЗАО «Липецкметаллургпроект»
Современные печи для скоростного обжига мелких фракций карбонатных пород
В зоне обжига шахтных и вращающихся печей диссоциация известняка с образованием извести (СаО+МgО) происходит при температуре 1150—1350оС за 1,5—4 ч. В печах кипящего слоя время полной диссоциации известняка сокращается до 12—15 мин, в циклонных—до 1 с [1, 2]. Скорость нагрева некоторых видов известняка при обжиге в шахтной печи оказывает большое влияние на измельчение, вызывая его разрушение и даже превращение в пыль. Известняк с таким свойством не подлежит обжигу в шахтных печах. Поэтому существует определенная скорость нагрева и обжига карбонатного сырья для каждого месторождения, которую можно определить только экспериментально.
При обжиге доломитизированного известняка и доломита в шахтных и вращающихся печах образующиеся кристаллы MgO продолжительное время находятся при подъеме температуры, ускоряющей их рост и уплотнение, приводящей к рекристаллизации (пережогу) МgО. Применение извести, содержащей более 5% рекристал-
лизованного МgО, вызывает брак силикатного кирпича, плотного и ячеистого бетона во время их гидротермальной обработки [1, 3].
Для получения извести без пережога MgO температуру в зоне обжига шахтной или вращающейся печи необходимо поддерживать в пределах 950—980оС, что приводит к резкому снижению эффективности ее работы, поэтому применяется только в особых случаях [2].
При скоростном обжиге кальцита в печи кипящего слоя (КС) в интервале температуры 900—1000оС и времени 12—15 мин происходит рост первичных кристаллов СаО с упорядочением структуры и образованием кристаллов правильной формы размером 0,3—1 мкм с удельной поверхностью 5—3 м2/г, обладающих высокой химической активностью. Повышение температуры обжига с 1000 до 1400оС существенно ускоряет кристаллизацию СаО и формирует следующую структуру:
— появляется новая фаза СаО в виде субмикроскопических округлых зерен;
научно-технический и производственный журнал Q T^D^JT^JbrlbJ" 40 январь 2011
12
20
Топливо-
д
22 23 14 -
8
24
12
26
27
28
Рис. 1. Печь кипящего слоя (КС-600) производительностью 600 т/сут: а - общий вид; б - конструкция керамической решетки; в - вариант кирпича с девятью отверстиями; г-вариант кирпича с центральным отверстием (профилируется сменным стаканом 21)\ д - переточное устройство зоны обжига гравитационного типа; 1 - переточное устройство; 2, 4 - стальные решетки зоны охлаждения извести; 3 - первая и вторая зоны охлаждения извести; 5 - горелочное устройство; 6 - стальная решетка зоны обжига; 7 - зона обжига; 8 - керамические решетки зоны подогрева сырья; 9, 10, 11- соответственно третья, вторая и первая зоны подогрева сырья; 12 - шток механизма загрузки сырья; 13 - патрубок отходящих газов; 14 - кожух шахтной печи; 15 - кожух зоны охлаждения извести; 16 - патрубок; 17 - бункер просыпи извести; 18 - керамическая арка; 19 - пятовый кирпич; 20 - опорный пояс; 21 - стакан; 22 - кипящий слой материала; 23 - футеровка; 24 - приемная труба; 25 - компенсатор; 26- сопло; 27 - клапан; 28 - сливная труба
— быстрый агрегативный рост кристаллов СаО до размеров 1—2 мкм путем одновременного и равномерного слияния первичных кристаллов по всей поверхности материала;
— на поверхности образуются концентрически овальные или полигональные выступы с последующим формированием их в виде кристаллов;
— собирательная рекристаллизация кристаллов СаО, т. е. преимущественный рост одних кристаллов за счет других (при температурах выше 1200оС).
Таким образом, изменяя температуру в зоне обжига печи КС, можно регулировать химическую активность извести, делая ее пригодной, например, для производства изделий из ячеистого бетона.
Наиболее интенсивно этот процесс происходит в печах циклонного типа. Так, скоростной нагрев частиц кальцитового известняка размером менее 0,5 мм за время менее 1 с показал, что при температуре обжига 1200оС размер кристаллов СаО составляет 0,5—1 мкм с удельной поверхностью 5—4 м2/г; при 1300оС образуются кристаллы СаО размером 1—2 мкм с удельной поверхностью 4—3,5 м2/г; при 1400оС размер кристаллов СаО достигает 3—4 мкм с удельной поверхностью около 2 м2/г.
Время и температура гидратации кальциевой извести, полученной обжигом известняка на стендовой циклонно-вихревой печи института ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова, изменялись с ростом температуры обжига [1]: при температуре 1300оС СаОакт = 72,7% время гидратации тг = 8,5 мин, температура гидратации
гг = 56оС; при 1400оС СаОакт = 79%, тг = 13,5 мин, гг = 57оС; при 1500оС СаОакт = 88,9%, тг = 17,5 мин, гг = 62оС.
Следовательно, обжиг чистого известняка в печах кипящего слоя при температуре 900—1400оС и циклонного типа при температуре 1300—1500оС позволяет получить активную известь без пережога, пригодную в производстве сухих строительных смесей (ССС), силикатного кирпича, изделий из плотного и ячеистого бетона.
Исследования скоростного обжига доломита в печах кипящего слоя и циклонного типа показали следующее [1, 2]. Диссоциация доломита Мелеховского месторождения фракции 3—10 мм в течение 15 мин при температуре 930—980оС в печи кипящего слоя позволяет получить известь, в которой оксид магния находится в активной форме и взаимодействует с водой полностью. Установлено, что в этом случае мягкообожженная известь представлена оксидами кальция и магния скрыто-кристаллической структуры в виде псевдоморфоз по кристаллам доломита. Максимальный размер отдельных кристаллов MgO 0,5 мкм. Скрытокристаллическое строение СаО и MgO обнаруживается по показателю преломления света, который при степени диссоциации доломита 97—98% составляет 1,7—1,73.
Обжигом доломита Мелеховского месторождения фракции 0—0,5 мм за время менее 1 с при температуре 1300—1500оС в печи с циклонно-вихревым декарбонизато-ром получена известь, представленная сферолитами, состоящими из нерекристаллизованных СаО и МgО.
б
а
Г^ научно-технический и производственный журнал
®
а б
Рис. 2. Горелочное устройство печи КС: а - группа горелок; б - горелка; 1 - стальная решетка зоны обжига; 2 - насадка; 3 - труба горелоч-ная; 4 - воздухосборник; 5 - резиновый шланг; 6 - газовый коллектор; 7 - основание насадки; 8 - решетка насадки
Показатели извести: при температуре обжига 1300оС (СаО+МgО)акт = 78%, тг = 14 мин, = 47оС; при 1400оС (СаО+МgО) = 83%, тг = 15 мин, ?г = 50оС; при 1500оС (СаО+МgО)акт = 86%, тг = 22 мин, ^ = 38оС.
Полученная на стендовой установке с циклоно-вихревым декарбонизатором высокомагнезиальная известь выдержала испытания на неравномерность изменения объема как в естественных условиях, так и при автоклавной обработке. Рентгенограммы продукта гашения подтвердили полную гидратацию оксида магния [1].
Первая опытно-промышленная печь кипящего слоя была построена в 1963 г. на агломерационной фабрике Макеевского металлургического завода по проекту института ДонНИИчермет (Украина) [1]. За прошедшее время на металлургических заводах построено несколько печей КС конструкции ДонНИИчермет производительностью 300—1000 т/сут.
Преимущества печей КС перед шахтными печами состоят в более интенсивном теплообмене между печными газами и материалом, высоких съемах извести с поперечного сечения и объема шахты, получении высокоактивной и равномерно обожженной извести заданных свойств при умеренном расходе топлива на обжиг, эффективной автоматизации и компьютеризации процесса. Устройство, работа и технические характеристики печей КС приведены в литературе [1, 2, 3]. Преимущества этих печей особенно видны при реконструкции шахтных печей в печи КС. На рис. 1 и 2 при-
ведены общий вид и устройство узлов печи КС-600 по проекту ДонНИИчермет, полученной путем реконструкции типовой шахтной газифицированной печи производительностью 200 т/сут в печь КС производительностью 600 т/сут. Печь КС-600 рассчитана на обжиг флюсового известняка фракции 12—25 мм с выпуском быстрогасящейся извести с содержанием активных СаО+МgО не менее 90% при удельном расходе условного топлива 170 кг.
Примером успешного применения газифицированной печи КС для выпуска извести высокого качества служит технологическая схема, разработанная и спроектированная МЧ НПП «Кальцит» (преемникДонНИИчермета) и в 2001 г. внедренная на ОАО «Таганрогский металлургический завод» (рис. 3) [5].
Отходы известняка Жирновского месторождения (Ростовская обл.) фракции 3—12 мм доставляются на крытый склад железнодорожными вагонами и укладываются в штабель. Загруженное в приемный бункер грейферным краном сырье подается ленточным конвейером, оснащенным магнитным сепаратором, в бункер 3, который дозирует его в ковш 4 скипового подъемника. Сырье, поступившее в приемный бункер 8, дозируется весовым пластинчатым конвейером 9 в печь.
Печь КС-55имеет четыре технологические зоны: две зоны подогрева сырья общей высотой 12 м, зону обжига с наружным диаметром кожуха 2,5 м и зону охлаждения извести, находящуюся в аппарате с усеченным конусом
научно-технический и производственный журнал
Наименование Печь КС-55 МЧ НПП «Кальцит» Циклонная печь НМетАУ Циклонная печь фирмы
Известняк фракции, мм 3-12 0-0,1 0-2
Химический состав, %
СаСО3 93,99 96,2 97
МдСО3 1,88 1,3 1,2
SiО2+Аl2О3+ Fе2О3 4,13 2,5 1,8
Производительность по извести, т/сут 65 890 150
Вид топлива Природный газ Природный газ Газ, мазут, пыль
каменноугольная
Температура обжига, оС 950-980 1200 1200-1250
Качество извести:
содержание активных СаО+МдО, %
фракция 3-12 мм 92-96 - -
фракция 0-1 мм 80 80 92
потери при прокаливании (ППП), % 1-2 2,21 1-2
время гашения, мин 1-5 до 1 Нет данных
Удельный расход условного топлива, кг 160 146,4 164,3
Удельный расход электроэнергии, кВт-ч 45 35 20
Аэродинамическое сопротивление, кПа 6,5 6,15 Нет данных
Содержание пыли перед установкой газоочистки, г/м3 620 67,5 Нет данных
диаметрами 2,5 м/1,5 м, высотой 1,5 м. Технологические зоны разделены газораспределительными решетками. Полезный объем печи 17 м3. Трубопроводы материала и газовые горелки изготовлены из стали Х18Н9Т.
Природный газ поступает от ГРП 6 по газопроводу 7 к розжиговой горелке типа ГНП-4, в которую воздух для горения газа подается вентилятором 1 типа ВР-6-13. По газопроводу 5 топливо для печи поступает к подовым горелкам. Воздух к ним подается под давлением 40— 60 кПа воздуходувкой 2 типа ТВ-80-1,6.
Поступивший в зону подогрева 10 известняк нагревается газообразными продуктами обжига в кипящем слое до температуры 600оС, снижая их температуру до 380—400оС, и по переточному устройству 12 поступает в зону подогрева 11, где нагревается до температуры 800— 820оС. В зоне 11 в известняке протекает реакция диссоциации МgСО3 с образованием активного МgО и СО2. Декарбонизация известняка в зоне обжига 13 почти полностью завершается в течение 12—15 мин при температуре газов 920—950оС, в связи с чем образовавшиеся оксиды МgО и СаО поступают в зону охлаждения по переточному устройству 12, оставаясь в активной форме. В зоне охлаждения температура извести снижается до 110оС, подогревая воздух до температуры 380—400оС.
Поступающие из зоны подогрева 11 при температуре около 400оС печные газы после разбавления воздухом до температуры 150оС проходят очистку от пыли сначала в циклонах 19 типа СДК-ЦН-33, затем в рукавном фильтре типа ФРКИ-800-1, после чего дымососом ДН-19 через трубу высотой 25 м выбрасываются в атмосферу.
Выходящая из зоны охлаждения 15 известь фракции 3—12 мм по переточному устройству 12 поступает на поворотный стол-весы 16, где загружается в самораскрывающиеся бадьи, которые с помощью электрической тали 18 устанавливаются на железнодорожной платформе 17.
Известь крупной фракции эффективно используется в технологии ковшовой обработки стали ОАО «Тагмет» в качестве шлакообразующего реагента. Пылевидная фракция извести (0—1 мм), уловленная в фильтрах, применяется при мартеновском способе выпуска стали. Окупаемость затрат по технологической линии с печью КС-55 на ОАО «Тагмет» составила 1,1 г.
Основные ТЭП работы печи КС-55 приведены в таблице.
В 1961—1963 гг. за рубежом появились проекты коротких вращающихся печей, оснащенных циклонными подогревателями сырья и подогревателями сырья падающего слоя (фракция 0—2,5 мм).
Первый циклон-декарбонизатор в составе подогревателя шихты для цементной вращающейся печи в 1963 г. запатентовала японская фирма «Нихон—Симент». Разработанный японской фирмой «Чичибу—Симент» вихревой декарбонизатор типа SFне имел локальных зон завышенной температуры и отличался равномерным распределением по рабочему пространству камеры высокой температуры обжига. Повышенный коэффициент теплопередачи от газов к частицам материала обеспечивал скоростной процесс диссоциации, в результате чего степень декарбонизации СаСО3 достигала 90% [2].
Декарбонизатор сырья типа KSV фирмы «Кавасаки» (рис. 4) представляет собой вертикально расположенную цилиндрическую камеру с конической нижней частью, в которую через патрубки 1 вводится сырье, через форсунки 4 — топливо, а через узкую горловину со скоростью 15—30 м/с поступает поток 5 горячего вторичного воздуха. Закрученный в камере поток газовзвеси выводится из нее через патрубки 2. В конической части камеры скорость воздуха резко падает, что приводит к его завихрению, создающему условия образования кипящего слоя. Группа патрубков 1, расположенных в нижней части камеры, обеспечивает максимальное насыщение кипящего слоя сырьевой мукой, поступающей из последней ступени подогрева материала в циклонном теплообменнике. При перегрузке кипящего слоя материалом частично декарбонизированное сырье поступает в цилиндрическую часть камеры и подхватывается вихревым потоком печных газов, тангенциально входящих в камеру через патрубок 3. Степень декарбонизации сырья в камере составляет 90%, термический КПД — 60%.
Циклонные печи для производства извести имеют ряд преимуществ перед короткими вращающимися печами с запечными подогревателями сырья циклонного типа и падающего слоя: отсутствие металлоемкого вращающегося оборудования; низкий расход топлива и высокий КПД установки (до 60%); высокий коэффициент использования во времени (95—96%).
Первая опытно-промышленная печная установка с циклонно-вихревым декарбонизатором разработана в институте ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова (Д.Я. Мазуров, Г.В. Захаров и др. Автор. свид. СССР № 192054, 1962 г.) и запущена в 1969 г. [1]. Установка включала декарбонизатор в виде цилиндра (До = 1,1 м, L = 7,5 м), футерованного магнезито-хромитовым кирпичом, расположенного соосно корпусу подогревателя воздуха, змеевикового металлического подогревателя сырья и га-
научно-технический и производственный журнал
21
Рис. 3. Технологическая схема производства извести в печи КС-55: 1 - вентилятор розжиговой горелки; 2 - воздуходувка; 3 - бункер известняка; 4 - ковш; 5,7- газопроводы соответственно к подовым и розжиговой горелкам; 6- ГРП; 8 - бункер-весы; 9- дозатор с пластинчатым конвейером; 10, 11 - соответственно первая и вторая зоны подогрева сырья; 12 - переточное устройство; 13 - зона обжига; 14 - труба подогретого воздуха; 15 - зона охлаждения извести; 16 - весы с поворотной платформой; 17 - железнодорожная платформа для отправки в бадьях (мульдах) крупной фракции извести; 18 - таль электрическая; 19 - циклоны СДК-ЦН-33; 20 - рукавный фильтр ФРКИ-800-1; 21 - дымосос; 22 - автотранспорт для пылевидной фракции извести
зоочистных устройств. Жидкое топливо насосом подавалось в декарбонизатор в зоне ввода горячего воздуха. В зоне полного выгорания топлива в декарбонизатор вводилось сырье. Известняк фракции 0—2 мм пневмовин-товым насосом подавался на обжиг в декарбонизатор через подогреватель сырья. Воздух для горения топлива нагнетался воздуходувкой в подогреватель, где достигал 350—400°С, после чего вводился в топку тангенциально. Продукты обжига осаждались в циклонах и рукавном фильтре. В связи с частым выходом из строя змеевиково-го подогревателя показатели установки оказались ниже проектных: производительность 75 т/сут; удельный расход условного топлива 240 кг; содержание активных Са0+М§0 в извести 65-72% при ППП = 10-7%.
В 1973 г. Днепропетровским металлургическим институтом (Украина) под руководством О. Г. Федорова разработана и построена лабораторная действующая модель печи циклонного типа для скоростного обжига мелкозернистого известняка. В 1975 г. по проекту института Укргипромез на Полтавском горно-обогатительном комбинате (Украина) была построена первая опытно-промышленная циклонная печь производительностью 25 т/сут. В состав печи входили циклон-декарбонизатор, в который поступал материал крупностью до 1 мм, и конусная камера-декарбонизатор, в которую поступал материал крупнее 1 мм. Декарбонизаторы имели отдель-
5
Рис. 4. Схема декарбонизатора дисперсного сырья типа KSV фирмы «Кавасаки»: 1 - патрубок входа сырья; 2 - патрубок выхода потока газовой взвеси; 3 - патрубок входа печных газов; 4 - мазутные форсунки; 5 - поток горячего воздуха из холодильника клинкера; 6 - зона вихревого потока; 7 - зона кипящего слоя
2
2
научно-технический и производственный журнал С^ТЯиЯТ^.Ь.НЬ,!"
21
4
Рис. 5. Газифицированная циклонная печь НМетАУ производительностью 890 т/сут: а - схема технологической связи аппаратов; б - компоновка оборудования и общий вид печи; 1 - воздуходувка; 2, 18 - насосы пневмовинтовые; 3 - дозаторы сырьевой муки; 4 - бункеры сырьевой муки; 5, 6 - трубопровод пневмотранспорта сырья; 7, 8, 9 - циклоны второй, первой и третьей ступеней подогрева сырья; 10 - декарбонизатор сырья; 11 - циклоны - осадители извести; l2, 13, 14 - циклоны первой, второй и третьей ступеней охлаждения извести; 15 - дымосос; 16 - бункеры извести; 17 - трубопровод воздуха от компрессора; 19 - вентилятор; 20 - клапан-мигалка; 21 - газоход; 22 - шлюзовой затвор; 23 - пневмотранспорт извести
.-16
I
23
ные вводы природного газа и воздуха и общий вывод отходящих газов и извести. При обжиге в печи молотого чистого известняка фракции 0—3 мм получена известь с содержанием активных СаО+МgО=68—72% при времени гашения до 1 мин и расходе условного топлива 200— 215 кг на 1 т СаО. Использование полученной извести при агломерации черных металлов повысило производительность агломерационной установки и снизило содержание мелочи в агломерате.
В 1981 г. Укргипромез разработал для Полтавского ГОКа проект установки для производства мелкодисперсной извести, предназначенной для агломерационного производства. Установка состоит из отделения помола известняка, пневмотранспортной системы загрузки известняка в печь, транспортирования извести из печи в си-лосы склада извести и газифицированной двухветвевой циклонной печи производительностью 890 т/сут тонкодисперсной извести (рис. 5). На рис. 5, а приведена схема технологической связи аппаратов печи, из которой следует,
что в каждой ветви печной установки предусмотрены три ступени подогрева сырья, три ступени охлаждения извести и один декарбонизатор известняка. Компоновка оборудования и общий вид печи представлены на рис. 5, б.
Каждая ветвь печи работает следующим образом (рис. 5, а). Измельченный в помольном отделении известняк фракции 0—0,1 мм по трубопроводу 5 поступает в загрузочный бункер 4, из которого дозатором 3 загружается в пневмокамерный насос 2. Насос 2 загружает известняк в циклон 8 первой ступени подогрева сырья, в который из циклона 7 также поступают печные газы. Отсасываемые из циклона ¿'дымососом 15 печные газы проходят очистку от пыли в установке, состоящей из циклонов и зернистого фильтра (на схеме не показаны). Уловленная циклоном 8 подогретая пыль загружается в трубопровод, по которому транспортируется печными газами в циклон 7 второй ступени подогрева сырья. Осажденный в циклоне 7 материал поступает по трубопроводу в циклон 9 третьей ступени его подогрева. Осажденное в циклоне 9 сырье поступает в де-
Cj научно-технический и производственный журнал
®
»tTT^T ттч
10
13
14
15
16
Рис. 6. Циклонная печь фирмы Р.ЬЗгтнсИИ (Дания) производительностью 150т/сут: 1 - загрузочный бункер; 2 - питатель; 3 - ковшовый элеватор; 4 - циклонные охладители извести; 5 - декарбонизатор сырья; 6 - циклонные теплообменники; 7 - течка; 8 - клапан; 9 - дымовая труба; 10 - электрофильтр; 11 - дымосос; 12 - башенный теплообменник; 13 - запальник; 14 - горелка (форсунка) декарбо-низатора; 15 - пусковое устройство теплообменника; 16 - вентилятор
; s . -
.-TV.- •
I'* * * * "а
ЧЛ-'Л, -Гу
о о о о о о о о о о о о о о
h- СО О) О 7- С^ СО
Температура обжига, оС
Рис. 7. Схема устройства декарбонизатора печи КС-150 фирмы F.L.Smidth с графиком распределения в нем температуры газов и материал: 1 - известняк; 2 - топливо; 3 - горячий воздух; 4, 5 - соответственно температура материала и газов
карбонизатор 10, отапливаемый тремя горелками. В качестве топлива используются природный газ или смесь коксодоменного и природного газов теплотворностью 12,6 МДж/м3. В декарбонизатор известняка 10 из циклона 12 поступает нагретый до температуры 600—650оС воздух, обеспечивающий полное сгорание топлива и температуру продуктов обжига 1200оС. За время пребывания дисперсного материала в камере декарбонизатора степень диссоциации СаСО3 доводится до 95%.
Из декарбонизатора 10 известь выносится отходящими газами в циклон-осадитель извести 11, из которого она по течке и газоходу циклона 13 поступает в циклон 12 первой ступени охлаждения извести. Выходящий из циклона-осадителя извести 11 поток газов подхватывает сырье, поступающее по течке из циклона 7, и вносит его в циклон 9. Из циклона 12 известь по течке поступает в газоход циклона 13 второй ступени охлаждения извести, затем в циклон 14 третьей ступени охлаждения извести, в который поступает холодный воздух от вентилятора 19. Охлажденная в циклоне 14 до температуры 100оС известь поступает в бункер извести 16, из которого пневмокамерными насосами 18 транспортируется на силосный склад извести.
В проекте предусмотрена установка следующего оборудования: вентилятора ВВН-18 (производительность 80 тыс. м3/ч; полное давление 8 кПа; мощность привода 500 кВт); дымососа ДЦ-25х2 (производительность 210 тыс. м3/ч; полное давление 7,05 кПа; мощность привода 1000 кВт); пневмокамерных насосов 2 шт. на подачу известняка и 4 шт. для транспортирования извести. Расход сжатого воздуха на пневмотранспорт составляет 1500 м3/ч; вместимость бункера известняка — 280 м3; вместимость бункера извести — 120 м3.
Позднее проект печи КС-890 Укргипромеза переработан сотрудниками Национальной металлургической академии Украины (О.Г. Федоров, В.Н. Бойко и др.) с улучшением ТЭП печи (таблица).
Датская фирма Smidth» разработала циклонную печь производительностью 150 т/сут для обжига измельченного известняка [4]. Установка (рис. 6) включает де-карбонизатор известняка и семь прямоточных
циклонных теплообменников, из которых три используются для подогрева сырья, три — для охлаждения извести и один — для ее осаждения после выноса из декарбонизатора. С целью уменьшения габаритов электрофильтра отходящие газы охлаждаются воздухом в теплообменнике башенной конструкции. В установке применен запатентованный в 1963 г. декарбонизатор Gas Suspension Calciner, работающий на газообразном топливе, мазуте и пылевидном угле, испытанный при обжиге во взвешенном состоянии известняков фракции 0—2 мм.
Декарбонизатор (рис. 7) представляет собой футерованный огнеупорным кирпичом цилиндр, суживающийся сверху и снизу. Принцип действия его основан на смешивании топлива и муки известняка во взвешенном состоянии до подачи воздуха на горение. Подогретый до температуры 900оС в трех циклонных теплообменниках измельченный известняк подается в нижнюю часть декарбонизатора. Топливо поступает в поток материала снизу и смешивается с ним во взвешенном состоянии. Горячий воздух для сжигания топлива поступает в нижнюю часть конусообразного днища аппарата. Смешивание происходит по всей периферии трубы для горячего воздуха.
Специальная конструкция аппарата создает в центральном потоке по высоте камеры постоянные кольцеобразные завихрения из смеси частиц известняка и топлива. Декарбонизатор работает по принципу прямотока. Полнота процесса диссоциации СаСО3 и ее постоянный уровень регулируются температурой потока в декарбонизаторе (рис. 7), которая главным образом определяется количеством подаваемого топлива. Время нахождения материала в печи определяется размером частиц обжигаемой фракции.
Установка работает следующим образом. Материал из бункера через ленточный питатель ковшовым элеватором транспортируется к газоходу первого циклона-подогревателя, где смешивается с печными газами, подогревается и отделяется, а затем подается в газоход второго циклона-подогревателя. Процесс повторяется во втором и третьем циклонах. Подогретый до температуры 900оС и частично декарбонизированный материал
6
5
5
4
3
научно-технический и производственный журнал Q TPÜifjT^ JJbrJbJ"
поступает в декарбонизатор, где при температуре 1200— 1250оС завершается диссоциация СаСО3. Для горения топлива в декарбонизатор из циклона-охладителя первой ступени подается нагретый до 700оС воздух.
Образовавшаяся известь выносится из декарбонизато-ра в осадительный циклон, где отделяется и поступает на вход циклона-охладителя первой, затем второй и третьей ступеней охлаждения. Тепло извести используется для подогрева воздуха, поступающего в декарбонизатор. Известь, отделившаяся в циклоне-охладителе третьей ступени, поступает в машины пневмотранспорта, доставляющие ее на склад. ТЭП работы печи приведены в таблице.
Фирма провела обжиг 30 видов известняка и подтвердила возможность получения быстрогасящейся извести высокого качества с ППП 1—2% при использовании известняка определенной тонины помола. Исключение составили мягкий известняк и мел, которые истирались при транспортировании. На основании длительных исследований сделан вывод, что циклонная установка на 40% дешевле при строительстве и на 20% при эксплуатации по сравнению с вращающимися печами; в ней ниже износ футеровки; себестоимость 1 т извести ниже по сравнению со себестоимостью извести, полученной в других печах [4].
Таким образом, при переработке скопившегося на карьерах известняка фракций 0—20 и 0—40 мм в мелко-кусковый и дисперсный материал с последующим обжигом в печах скоростного обжига можно получить сотни тысяч тонн недорогой качественной извести, пригодной для использования в производстве ССС, силикатного кирпича, плотного и ячеистого бетона.
Скоростной обжиг мелкофракционного и тонкодисперсного доломитизированного известняка и доломита в печах КС и циклонного типа приводит к получению магнезиальной и доломитовой извести, пригодной
для выпуска ССС и изделий автоклавного твердения, что существенно расширяет сырьевую базу производства извести во многих районах страны и позволяет почти полностью использовать карбонатное сырье для выпуска качественной извести.
Построенные на металлургических предприятиях РФ по проектам ДонНИИчермет (Украина) печи КС доказали надежность и экономическую эффективность в работе.
Опытно-промышленные циклонные печи РФ и Украины существенно уступают по технико-экономическим показателям циклонной печи фирмы F.L.Smidth (Дания), поэтому требуют проведения дальнейшего совершенствования их конструкции с использованием опыта зарубежных фирм.
Ключевые слова: известняк, доломит; известь магнезиальная, известь доломитовая; печь кипящего слоя, печь циклонная; декарбонизатор.
Список литературы
1. Монастырев А.В. Производство извести. М.: Стройиздат, 1972. 208 с.
2. Монастырев А.В., Александров А.В. Печи для производства извести, Справочник. М.: Металлургия. 1979. 232 с.
3. Монастырев А.В. Магнезиальная и доломитовая известь, ее свойства, получение и применение // Строит. материалы. 2009. № 9. С. 36-38.
4. Lind B., Fenger ZKalkbrennen nach dem Schwebe-gasferfahren // Zement-Kalk-Gips. 1980. S. 493-497.
5. ВолоховВ.А., МарченкоЛ.Г. и др. КС-55 — известково-обжиговый комплекс ковшовой металлургии // Сталь. 2002. № 7. С. 26-29.
научно-технический и производственный журнал
®
