CC BY
30УДК 621.365.31:66.041.44
В.И. ЗУЕВ1, генеральный директор (izvesta@inbox.ru), А.Е. МИКАЛУЦКИЙ1, начальник технологического отдела; В.Д. КОЖЕВНИКОВ2, инженер-технолог; И.В. БАРСКИЙ3, генеральный директор
1 Фирма «Известа» (394019, г. Воронеж, ул. 9 Января, 231)
2 ОАО «Ашинский металлургический завод» (456010, Челябинская обл., г. Аша, ул. Мира, 9)
3 ООО «Сибирский Строитель» (633208, Новосибирская область, г. Искитим, мкр. Южный, 100)
Усовершенствование шахтных противоточных известеобжиговых печей
На основе анализа работы эксплуатируемых устройств, а также результатов многочисленных испытаний на моделях для круглых и кольцевых печей, работающих под давлением, была разработана и запатентована новая конструкция загрузочно-распределительного устройства. По сравнению со всеми применяемыми аналогами оно позволяет наиболее равномерно распределять шихту по крупности кусков в шахте печи независимо от ее диаметра. Описана новая разработка компании - периферийные фурмы с уменьшенным диаметром до 90-125 мм и заглублением в слой материала до 800 мм. Запатентована схема установки длинных и коротких фурм в печи. Установку и замену фурм можно производить вручную без применения механизмов. Для охлаждения корпусов вместо технической воды было предусмотрено применять охлаждающую жидкость ОЖ-40.
Ключевые слова: шахтные печи, известь, загрузочно-распределительное устройство, фурмы.
V.I. ZUEV1, General Director (izvesta@inbox.ru), A.E. MIKALUTSKY1, Chief of Technological Department; V.D. KOZHEVNIKOV2, Engineer-Technologist; I.V. BARSKY3, General Director
1 "Izvesta" Firm (231, 9 Yanvarya Street, 394019, Voronezh, Russian Federation)
2 OAO "Ashinsky Metallurgic Plant" (9, Mira Street, Asha, 456010, Chelyabinsk Region, Russian Federation)
3 OOO "Sibirsky Stroitel" (100, Yuzhny Microdistrict, Iskitim, 633208, Novosibirsk Oblast, Russian Federation)
Improvement of Shaft Counterflow Lime-Burning Kilns
On the basis of the analysis of exploited units operation as well as on the basis of results of many model tests, a new design of charging-distributing device for round and circular kilns operating under the pressure has been developed and patented. In comparison with all analogues used now it makes it possible to uniformly distribute the charge according to the size of a piece of charge in the kiln's shaft regardless of its diameter. A new design of the company - peripheral tuyeres with the diameter reduced up to 90-125 mm and the weight reduced up to 50-70 kg - is described. For cooling casings it is provided to use the cooling liquid 0Zh-40 instead of technical water. Keywords: shaft kilns, lime, charging-distributing device, tuyeres.
Шахтные противоточные печи с давних пор широко используются для получения извести. Обусловлено это тем, что они имеют простую конструкцию, а затраты на их строительство минимальны. В тех случаях, когда потребителей устраивает известь невысокого качества (2-й и 3-й сорта), альтернативы по эффективности применения этим печам нет. В большинстве старых конструкций противоточных печей получать известь с высокой степенью обжига весьма сложно из-за образования сва-ров. При повышении качества извести значительно увеличивается удельный расход топлива, а производительность печи снижается. Наилучшие результаты по качеству обжига удается получать на печах малой производительности — 50—100 т/сут. Ввиду обострения конкуренции на рынке сбыта и повышения спроса на высококачественную известь улучшение работы противоточ-ных печей, особенно большой производительности, становится все более актуальным.
Инжиниринговая фирма «Известа» на протяжении более 20 лет специализируется на разработке технологий и агрегатов для производства извести. За последние годы создан ряд новых конструкций технологических узлов и систем отопления, предназначенных для использования в шахтных противоточных печах с целью повышения эффективности их работы, а также получения разной по назначению высококачественной извести.
Показатели противоточной шахтной печи главным образом зависят от равномерности распределения по крупности кусков шихты и топлива по сечению обжиговой шахты.
На основе анализа работы эксплуатируемых устройств, а также результатов многочисленных испытаний на моделях для круглых и кольцевых печей, рабо-
Рис. 1. Загрузочно-распределительное устройство шахтной печи: 1 - бункер загрузочный; 2 - течка загрузочная; 3 - питатель тарельчатый; 4 - течки распределительные; 5 - подшипники опорные; 6 - привод вращения тарельчатого питателя; 7 - привод вращения загрузочного бункера
8
научно-технический и производственный журнал
сентябрь 2014
iA ®
Отходящие газы на газоочистку
Отвод охлаждающиего воздуха из центральной вставки
Подвод воздуха на горение(верхний ярус) Подвод природного газа (верхний ярус) Отвод охлаждающей жидкости (верхний ярус)
Подвод охлаждающей жидкости (нижний ярус) Подвод воздуха на горение (нижний ярус) Подвод природного газа (верхний ярус) Отвод охлаждающей жидкости (нижний ярус)
Подвод охлаждающей жидкости (нижний ярус)
Рис. 3. Действующая шахтная кольцевая печь на ОАО «Ашинский металлургический завод»
Известь на склад
Рис. 2. Общий вид противоточной шахтной кольцевой печи для получения мягкообожженной извести: 1 - бункер загрузочный; 2 - питатель тарельчатый; 3 - корпус печи; 4 - формы периферийные; 5 - вставка огнеупорная; 6 - стол выгрузочный секторный; 7 - гидроцилиндры привода выгрузочного стола; 8 - тамбурная система выгрузки
тающих под давлением, была разработана и запатентована [1] новая конструкция загрузочно-распредели-тельного устройства. По сравнению со всеми применяемыми аналогами оно позволяет наиболее равномерно распределять шихту по крупности кусков в шахте печи независимо от ее диаметра.
Загрузочно-распределительное устройство для пересыпных и газовых шахтных противоточных печей круглого сечения представлено на рис. 1. Оно состоит из двух основных узлов: загрузочного бункера, соединенного с вертикальной запорной течкой, и тарельчатого питателя с множеством прикрепленных к нему распределительных наклонных течек разной длины и направленности. Тарельчатый питатель расположен с зазором непосредственно под запорной течкой. Загрузочный бункер и тарельчатый питатель оснащены автономными приводами вращения и опираются на охватывающие запорную течку подшипники, размещенные над сводом печи. Шихта периодически загружается в загрузочный
Рис. 4. Расположение фурм в шахте кольцевой печи
бункер, уровень заполнения которого контролируется уровнемером и поддерживается в заданных пределах. Постоянный слой материала в запорной течке в значительной мере препятствует подсосу воздуха в полость шахты печи. При низком разрежении на колошнике (20—100 Па) подсосы составляют практически неощутимую долю к объему отходящих из печи газов. Выгрузка шихты в печь по запорной течке осуществляется при вращении в разные стороны тарельчатого питателя и бункера. С периферии тарельчатого питателя шихта поступает в распределительные течки и по множеству концентрических окружностей равномерно распределяется по сечению обжиговой шахты. Благодаря вращению бункера во время выгрузки в распределительные течки поступает одинаковый по составу крупных и мелких кусков материал. При использовании данного устройства в шахтных пересыпных печах неравномерное перемешивание кусков сырья и топлива, загружаемых в скип, а также эффект сегрегации при загрузке в загру-
fj научно-технический и производственный журнал
® сентябрь 2014
Рис. 5. Установка периферийных фурм снаружи корпуса действующей кольцевой печи
зочный бункер не влияют на равномерность распределения шихты по сечению обжиговой шахты. Количество распределительных течек для каждой печи выбирается индивидуально в зависимости от ее типа и диаметра, а конструкция и размеры всех остальных элементов и узлов устройства не изменяются.
Данное загрузочно-распределительное устройство было использовано на новых газовых печах, работа которых в настоящее время характеризуется показателями, превышающими проектное задание. Фирма «Известа» применяет это устройство во всех печах собственной конструкции. Оно с успехом может быть использовано при реконструкции действующих печей и наиболее эффективно служит при оснащении им шахтных пересыпных печей, работа и показатели которых всецело зависят от равномерности распределения топлива и сырья по сечению шахты.
Для ввода топлива в газовых шахтных противоточ-ных печах, как правило, применяются периферийные горелки, устанавливаемые на одном или нескольких ярусах. Для более равномерного распределения топлива по сечению шахты горелки оснащают укрытиями из жаропрочной стали, которые позволяют вводить его в слой обжигаемого материала на расстоянии до 300 мм от внутренней поверхности футеровки. Однако со временем укрытия из-за воздействия высокой температуры прогорают и топливо практически вводится в слой материала непосредственно у поверхности футеровки.
В ранних разработках для решения этой проблемы фирма «Известа» применяла водоохлаждаемые периферийные горелки наружным диаметром 300—500 мм с подачей в них воздуха от вентиляторов и частичным сжиганием топлива с целью лучшего смешивания и большего проникновения продуктов горения в слой материала. При этом конструкции воздушных коллекторов и самих горелок были громоздкими, что создавало неудобство при обслуживании.
С применением высоконапорных воздуходувок для подачи воздуха на горение диаметр периферийных фурм был уменьшен до 90—125 мм, а вес снижен до 50—70 кг. Установку и замену такой фурмы стало возможно производить вручную без применения механизмов в течение получаса. Для охлаждения корпусов вместо технической воды было предусмотрено применять охлаждающую жидкость 0Ж-40. С помощью насосов она циркулирует по замкнутому контуру и охлаждается вентиляторами в трубчатом теплообменнике.
С целью равномерного распределения топлива и свободного прохода между фурмами обжигаемого материала была разработана и запатентована [2] специаль-
Рис. 6. Установка периферийных фурм внутри корпуса действующей кольцевой печи
ная схема установки длинных и коротких фурм. Все фурмы жестко, без возможности перемещения с помощью фланцевого соединения крепятся к корпусу печи. На практике были испытаны и находятся в эксплуатации фурмы с заглублением на 650 мм. Разработана конструкция фурмы для заглубления на 800 мм. Из-за высоких скоростей топливно-воздушной смеси проводящие центральные каналы не засоряются обжигаемым материалом и хорошо просматриваются через гляделки снаружи. Для получения мягкообожженной извести фурмы необходимо устанавливать в разных уровнях на двух и более ярусах. Систему отопления с использованием подобных фурм без существенных затрат и времени можно установить на действующих печах. Для этого не требуется разбирать футеровку. Отверстия для прохода высверливаются со стороны кожуха печи.
С использованием вышеописанных разработок было построено несколько печей для получения высококачественной извести.
На Ашинском металлургическом заводе (Челябинская обл.) с целью обеспечения потребности в мягко-обожженной извести электросталеплавильного цеха в начале 2013 г. введена в эксплуатацию кольцевая печь проектной производительностью 200 т/сут (рис. 2 и 3). Примененная в ней концепция изначально была рассчитана для реконструкции эксплуатируемых на многих металлургических комбинатах большегрузных печей с балочными горелками внутренним диаметром около 4,3 м, которые имеют высокий расход топлива (170—190 кг усл. топлива/т) и производят низкую по качеству известь. Сущность этой концепции заключалась в том, что внутри шахты по оси устанавливается огнеупорная кольцевая вставка, а для ввода и равномерного распределения топлива в кольцевой обжиговой шахте, образованной стенками вставки и футеровкой печи, используются только заглубленные в слой материала периферийные фурмы (рис. 4). Футеровка вставки выполнялась с использованием стандартных огнеупоров и скользящих анкеров, закрепленных на ее внутреннем кожухе.
Для возможности форсирования и обеспечения стабильности режимных параметров при использовании сырья с разными и меняющимися свойствами печь должна была работать при избыточном давлении. Равномерное распределение известняка обеспечивало вышеописанное загрузочно-распределительное устройство. Ввиду узкой ширины сечения кольцевой шахты (около 1 м) распределительные течки решено было не применять. Некоторые неполадки в работе этого первого промышленного образца загрузочно-распредели-тельного устройства были вызваны разогревом и пуском
научно-технический и производственный журнал Е^ТЯО/ГГ~ J\ilг\i>\Z 10 сентябрь 2014 ~ Ы ®
Рис. 7. Общий вид противоточной шахтной печи для получения жесткообожженной извести: 1 - загрузочно-распределительное устройство; 2 - корпус печи; 3 - фурма центральная; 4 - фурмы периферийные; 5 - корпус узла выгрузки; 6 - гидроцилиндры выгрузочного стола; 7 - тамбурная система выгрузки
Таблица 1
Основные показатели печи на ОАО «Ашинский металлургический завод»
Параметры печи Показатели
проектные достигнутые при гарантийных испытаниях
Производительность, т/сут 200 235
Размер исходного материала, мм 40-80 40-80
Вид топлива Газ природный Газ природный
Удельный расход топлива, кг усл. топлива/т (ккал/кг) • на тургоякском известняке • на сибайском известняке Не более 145 (1015) 141(987) 135(945)
Удельный расход электроэнергии на обжиг, кВт/т - 19
Массовая доля СаО+МдО в извести, % Не менее 92 95,1
Массовая доля СО2 в извести, % Не более 5 2-3
Реакционная способность, мин Не более 2 Менее 1
Запыленность газов после газоочистки, мг/нм3 Не более 10 Менее 3,5
Рис. 8. Действующие шахтные печи на ООО «Сибирский Строитель»
Рис. 9. Вращающийся выгрузочный стол с гидроприводом шахтной печи
печи без газоочистки, что привело к перегреву опорных подшипников из-за избыточного давления на колошнике печи. Для снижения удельного расхода топлива была предусмотрена утилизация тепла отходящих печных газов в выносном трубчатом рекуператоре путем нагрева воздуха, подаваемого в фурмы. Периферийные фурмы (48 шт.) располагались на двух ярусах (рис. 5, 6).
Выгрузка извести производилась с помощью четырех секторных столов возвратно-поступательного перемещения с гидроприводом на каждый стол. Для герметизации печи при выгрузке применена новая конструкция тамбурной системы, состоящей из поочередно закрывающихся клапанов и виброжелоба. В зоне подогрева и обжига проходное сечение выполнено расширяющимся книзу с целью исключения подвисания шихты.
Очистка отходящих из печи газов осуществлялась в рукавном фильтре. Основные технические показатели печи представлены в табл. 1. Со времени запуска прошло около 1,5 лет и существенных недостатков в работе печи не выявлено. Были отработаны режимы для работы печи на разной производительности начиная от 150 т/сут. Из-за ограничений, связанных в основном
с низкой потребностью в извести на заводе, определить максимально возможную производительность печи не удалось. В табл. 2 представлены балансы массы и тепла при номинальной производительности печи. Расчеты показывают, что за счет увеличения теплоизоляции центральной вставки и применения вместо охлаждаемой жидкости диатермического масла можно снизить удельный расход топлива примерно на 3%.
К настоящему времени завершена разработка аналогичной конструкции печи производительностью 300 т/сут, строительство которой планируется начать в 2015 г. на Красносулинском металлургическом заводе (Ростовская обл.).
По заказу ООО «Сибирский Строитель» (г. Искитим, Новосибирская обл.) фирмой «Известа» были разработаны и в конце 2013 г. введены в эксплуатацию две шахтные газовые печи проектной производительностью по 100 т/сут каждая для получения жесткообожженной извести, используемой в собственном производстве газобетона (рис. 7, 8). Следует отметить, что до этого высококачественная жесткообожженная известь промыш-ленно в шахтных газовых печах на территории СНГ не производилась.
Г; научно-технический и производственный журнал
^ ® сентябрь 2014 ГТ
Рис. 10. Тамбурная система выгрузки извести шахтной печи
Для обжига используются местные известняки с непостоянным химическим составом и мраморизирован-ными включениями. Используемое загрузочно-распреде-лительное устройство оснащено четырьмя распределительными течками, направленными к оси печи. Периферийные фурмы (24 шт.) располагались в одном ярусе.
Учитывая специфические свойства известняка, склонного к растрескиванию и спеканию, было решено установить дополнительно одну центральную подвесную фурму, с тем чтобы ограничить заглубление периферийных фурм. Подобные водоохлаждаемые центральные фурмы ранее успешно использовались на других печах для улучшения качества обжига в приосевой области печи. Они в отличие от устанавливаемых в зоне обжига массивных центральных горелок не создают препятствий для схода обжигаемого материала. Особенностью конструкции данных печей является применение для выгрузки извести новой конструкции вращающегося стола, выполненного в виде тарельчатого питателя и оборудованного гидроприводом (рис. 9). Часть воздуха, подаваемого на охлаждение извести, вводилась через центральный керн, вращающийся вместе со столом. Данная конструкция стола была выбрана с целью обеспечения равномерной выгрузки извести по сечению шахты и беспрепятственного схода сваров. Недостатков в работе выгрузочного устройства не наблюдалось. Для герметизации печи при выгрузке была применена также тамбурная система (рис. 10) по аналогии с кольцевой печью на Ашинском металлургическом заводе.
Опыт показал, что при работе печи с низкой производительностью обожженный материал в обжиговой шахте уплотняется и сходит неравномерно. Печь значительно стабильнее работает при форсировании режима обжига. Учитывая то, что потребность в извести на предприятии после пуска часто менялась и практически не превышала проектной производительности печей, было решено для обеспечения надежности самые длинные фурмы, заглубленные в слой материала на 450 мм, временно демонтировать. Несмотря на это, проектные показатели печи на испытаниях были достигнуты (табл. 3). Время гашения извести в пределах 4—15 мин можно регулировать изменением режимных параметров. Работы по оптимизации режимов обжига для используемого сырья планируется продолжить. По оценкам специалистов-разработчиков, потенциальные возможности печи данной конструкции значительно выше достигнутых.
С использованием накопленного опыта, а также новых и опробованных технических решений для получения жесткообожженной извести фирмой «Известа» разработана шахтная печь производительностью 200 т/сут.
Таблица 2
Баланс тепла на печи ОАО «Ашинский металлургический завод»
Статьи прихода и расхода тепла Величина
ккал/кг %
Приход тепла
Сырье 5 0,5
Воздух на охлаждение извести 3,7 0,4
Воздух на горение на боковые фурмы 24,3 2,4
Физическое тепло топлива 0,8 0,1
Химическое тепло топлива 986,5 96,7
Всего 1020,3 100
Расход тепла
Известь 10,5 1
Пыль 2,5 0,3
Отходящие газы 163, 16
Диссоциация 768,3 75,3
Потери корпусом печи 22,5 2,2
Охлаждение фурм 53 5,2
Всего 1020,3 100
Таблица 3
Основные показатели печей на ООО «Сибирский Строитель»
Наименование параметра печи Величина
Производительность, т/сут 70-105
Размер обжигаемого известняка, мм 40-80
Вид топлива Газ природный
Удельный расход топлива, кг усл. топлива/т ккал/кг 150-165 1050-1155
Удельный расход электроэнергии на обжиг, кВт/т 22
Массовая доля СаО+МдО в извести, % 92-96
Активность извести, % 87-92
Массовая доля СО2 в извести, % 2-5
Реакционная способность, мин 4-15
Запыленность газов после газоочистки, мг/нм3 Не более 10
Строительство такой печи планируется осуществить на ОАО «Силикат» (г. Гулькевичи Краснодарского края).
Все построенные печи были оснащены современной АСУ, которую разработало и поставило ЗАО «АСК», г. Екатеринбург.
Список литературы
1. Патент РФ №2525957. Загрузочно-распределительное устройство шахтной печи для обжига кускового материала / Зуев В.И. Заявл. 20.09.2013. Опубл. 20.08.2014 г. Бюл. № 23.
2. Патент РФ №144271. Шахтная печь для обжига кускового материала / Зуев В.И. Заявл. 31.03.2014. Опубл. 20.08.2014 г. Бюл. № 23.
References
1. Patent RF 2525957. Zagruzochno-raspredelitel'noe us-troistvo shakhtnoi pechi dlya obzhiga kuskovogo materiala [The loading distributing device of the mine kiln for roasting of lumpy material] / Zuev V.I. Declared 20.09.2013. Published 20.08.2014. Bulletin No. 23. (In Russian).
2. Patent RF 144271. Shakhtnaya pech' dlya obzhiga kuskovogo materiala [The mine kiln for roasting of a lumpy material] / Zuev V.I. Declared 31.03.2014. Published 20.08.2014. Bulletin No. 23. (In Russian).
12
научно-технический и производственный журнал
сентябрь 2014
iA ®
