УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПОРОШКООБРАЗНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1997 года по МПК F27B7/34 F27B7/14 

Изобретение относится к устройствам для тепловой обработки порошкообразных материалов и может быть использовано в цементной, химической и других отраслях промышленности, а именно при обжиге материала во вращающихся печах сухого способа производства цемента.

Известен декарбонизатор для декарбонизации цементного сырья в процессе получения клинкера и тонкоизмельченного известняка в процессе получения извести, содержащий форкамеры распределения, камеру сгорания, устройства для ввода топлива, подачи сырьевой смеси и воздуха, патрубок для отвода пылегазового потока [1]
Недостатком известного устройства является недостаточная степень декарбонизации сырьевого материала перед подачей его во вращающуюся печь и низкая степень восстановления окислов азота в печных газах.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для тепловой обработки порошкообразного материала, содержащее вращающуюся печь, холодильник, многоступенчатый запечный циклонный теплообменник с циклонами, газоходами, течками и декарбонизатор с форкамерой распределения и камерой сгорания с устройствами для ввода топлива подачи сырьевой смеси воздуха, патрубком для отвода пылегазового потока, смесительной камерой и каналом, соединяющим ее с газоходом вращающейся печи [2]
Недостатком известного устройства является создание плотного слоя сырьевого материала у стенок обжигательной печи (декарбонизатора) за счет центробежной силы, возникающей при тангенциальном подводе пылевоздушного потока в декарбонизатор. Это снижает эффективность теплообмена между газовым теплоносителем и твердой фазой и, как следствие, сокращает степень декарбонизации сырьевого материала в рабочем объеме декарбонизатора.

При указанной сепарации сырья наблюдается факельное горение топлива, что при наличии в сырьевом материале легкоплавких соединений приводит к замазыванию стенок декарбонизатора. Это явление недопустимо, поскольку оно приводит к нарушению аэродинамического и теплового режимов не только декарбонизатора, но и всего печного агрегата в целом.

Факельное горение топлива в декарбонизаторе сопровождается образованием окислов азота, что увеличивает их выброс в атмосферу и загрязнение окружающей среды.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена, повышение степени декарбонизации сырьевого материала перед подачей его во вращающуюся печь и сокращение выбросов в атмосферу окислов азота.

Цельт достигается тем, что устройство для тепловой обработки порошкообразного материала, содержащее вращающуюся печь, холодильник, многоступенчатый запечный теплообменник с циклонами, газоходами, течками и декарбонизатор с форкамерой распределения и камерой сгорания с устройствами для ввода топлива, подачи сырьевой смеси и воздуха, патрубком для отвода пылегазового потока, смесительной камерой и каналом, соединяющим ее с газоходом вращающейся печи, снабжено установленными в верхней и нижней частях смесительной камеры декарбонизатора дополнительными горелками для сжигания топлива соответственно с избытком и недостатком воздуха, при этом патрубки для подвода воздуха от холодильника расположены на одном уровне с верхними горелками и подведены к смесительной камере радиально, а декарбонизатор выполнен с дополнительной форкамерой. При этом течка циклона нижней ступени теплообменника соединена дополнительным патрубком со смесительной камерой декарбонизатора. В смесительной камере установлен пережим, имеющий профиль в виде кривой Гаусса. В месте сопряжения течки циклона нижней ступени и патрубка установлено устройство для разделения потока сырьевой смеси для подачи ее в загрузочную головку печи и смесительную камеру. В течке циклона нижней ступени перед декарбонизатором установлено устройство для разделения потока сырьевой смеси для подачи в форкамеры.

На фиг.1 представлена схема устройства для тепловой обработки порошкообразного материала; на фиг.2 декарбонизатор; на фиг.3, 4 сечения А А и Б Б на фиг.2; на фиг.5 узел I на фиг.2 (варианты выполнения профиля пережима).

Устройство для тепловой обработки порошкообразного материала содержит соединенный с вращающейся печью 1 многоступенчатый циклонный теплообменник 2 и холодильник 3. Циклонный теплообменник состоит из последовательно соединенных циклонов 4-7, декарбонизационного узла 8, газоходов 9-11, загрузочных течек 12 и дымососа 13.

Декарбонизационный узел 8 расположен по ходу материала между двумя нижними ступенями циклонов 6 и 7 и состоит из декарбонизатора 14, имеющего по крайней мере две форкамеры 15 с патрубками для подвода топлива, воздуха и сырьевой смеси, и смесительной камеры 16, соединяющей загрузочную головку 17 печи и циклоны нижней ступени 7. Декарбонизатор 14 с помощью колена 18 соединен со смесительной камерой, имеется диафрагма 19 и патрубки 20, 21 для подвода топлива с горелками 22, 23, патрубки 24 для подвода воздуха и патрубки 25 для подвода сырьевого материала. В верхней части смесительной камеры 16 выполнен пережим 26, имеющий профиль в виде кривой Гаусса, описанной плавной или ломаной линией 27, а в месте сопряжения течек 12 установлено устройство 28 для разделения потока сырьевой смеси на две части, одну из которых направляют в смесительную камеру 16, а другую в загрузочную головку 17 печи 1, такое же устройство 28 установлено в течке 12 циклона 6 для разделения потока сырьевой смеси на две части, подаваемые в форкамеры 15 декарбонизатора 14.

Устройство для тепловой обработки порошкообразного материала работает следующим образом.

Сырьевая смесь, подаваемая в газоход 9, проходит последовательно циклоны 4, течки 12, газоход 10, циклон 5, газоход 11 и циклон 6, где подвергается сушке, нагреву и частичной декарбонизации за счет тепла отходящих газов. Из циклона 6 по течке 12 сырьевая смесь поступает вместе с воздухом из холодильника 3 по тангенциально расположенным патрубкам в форкамеры 15 декарбонизатора 14, топливо, поступающее в форкамеры 15, смешивается с пылевоздушным потоком и воспламеняется. Получая вихревое движение, сырьевая мука обменивается теплом с продуктами горения топлива.

Горение топлива в равномерно-запыленном воздушном потоке происходит при температуре 900-950^oС, что исключает образование окислов азота.

По мере продвижения в декарбонизаторе вихри этих потоков расширяются и сталкиваются, за счет чего происходит интенсификация процессов горения топлива и тепломассообмена материала с продуктами горения. Кроме того, в результате взаимодействия указанных вихрей крутка потоков по длине общей камеры уменьшается, что повышает эффективность использования ее объема и снижает гидравлическое сопротивление декарбонизатора. Частично декарбонизиpованный материал и дымовые газы через колено 18 поступают в смесительную камеру 16 и смешиваются с газами, выходящими из печи 1.

Здесь в восходящем потоке продолжается процесс декарбонизации сырьевого материала. Далее пылегазовый поток поступает в циклон 7, где происходит сепарация твердой фазы. Газовый теплоноситель поступает по газоходу 11 в циклоны вышерасположенных ступеней с помощью дымососа 13, а сырьевой материал подается по течкам 12 соответственно в загрузочную головку 17 печи и в смесительную камеру 16 через патрубок 25.

В печи 1 происходит заключительный процесс спекания клинкера, который после обжига охлаждается в холодильнике 3.

Поскольку сжигание топлива во вращающейся печи 1 происходит в факеле при температуре 1900-2100^oС, то в печных газах содержатся окислы азота. Для их частичного восстановления в нижнюю коническую часть смесительной камеры 16 через патрубки 20 подается примерно до 10% от общего количества топлива, которое сжигается с недостатком воздуха. Благодаря чему достигается восстановительная атмосфера, способствующая протеканию реакции:
NO + CO -> N + CO₂
Катализатором этой реакции служит сырьевой материал, поступающий в восстановительную зону из циклона 7 по течке 12 в патрубок 25 смесительной камеры 16. Кроме того, циркуляция части материала вследствие разделения потока материала в устройстве 28 на две части способствует повышению степени декарбонизации всего сырья, поступающего в загрузочную головку 17 печи.

В верхней части смесительной камеры 16 производится дожигание горючих компонентов, которые не успели прореагировать в восстановительной зоне. Для этого здесь сжигается топливо, поступающее через патрубки 21, с избытком воздуха, поступающего через патрубки 24. Возможен вариант подачи только одного воздуха.

Для стабилизации работы горелок в этой зоне предусмотрен пережим 26. Он способствует также образованию дополнительных контуров циркуляции сырьевого материала, увеличению времени пребывания его в газоходе и, как следствие, увеличению степени декарбонизации сырьевого материала.

Предлагаемое устройство обеспечивает формирование двух зон в смесительной камере 16 декарбонизатора для восстановления окислов азота в печных газах и для дожигания горючих компонентов в отходящих газах, а также контура циркуляции сырьевого материала, что позволит снизить выброс в атмосферу окислов азота и повысить степень декарбонизации сырьевого материала, в результате этого появляется возможность независимо от вида сырья применить короткую двухопорную вращающуюся печь.

Использование: в устройствах для тепловой обработки порошкообразных материалов и может быть использовано в цементной, химической и других отраслях промышленности, преимущественно при обжиге материала во вращающихся печах сухого способа производства цемента. Повышение степени декарбонизации сырьевого материала перед подачей его во вращающуюся печь и сокращение выбросов в атмосферу окислов азота достигается за счет установки в смесительной камере 16 дополнительных горелок 23, 24 для сжигания топлива с недостатком воздуха в нижней части (патрубки 21) и с избытком воздуха в верхней части (патрубки 22) смесительной камеры 16 и подачи части сырья из циклона нижней ступени 7 в смесительную камеру 16 через патрубок 26 и устройство 29 для разделения потока сырьевой смеси, при этом патрубок 30 для подвода воздуха от холодильника 3 расположен на одном уровне с верхними горелками 24 и подведен радиально к смесительной камере 16, имеющей пережим 27, профиль которого выполнен в виде кривой Гаусса, описанной плавной или ломаной линией 28, в течке 12 циклонов 6 перед декарбонизатором 14 также установлено устройство 29 для разделения потока сырьевой смеси для подачи в две форкамеры 15. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для тепловой обработки порошкообразного материала, содержащее вращающуюся печь, холодильник, многоступенчатый запечный теплообменник с циклонами, газоходами, течками и декарбонизатор с форкамерой распределения и камерой сгорания с устройствами для ввода топлива, подачи сырьевой смеси и воздуха, патрубком для отвода пылегазового потока, смесительной камерой и каналом, соединяющим ее с газоходом вращающейся печи, отличающееся тем, что оно снабжено установленными в верхней и нижней частях смесительной камеры декарбонизатора дополнительными горелками для сжигания топлива соответственно с избытком и недостатком воздуха, при этом патрубки для подвода воздуха от холодильника расположены на одном уровне с верхними горелками и подведены к смесительной камере радиально, а декарбонизатор выполнен с дополнительной форкамерой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что течка циклона нижней ступени теплообменника соединена дополнительным патрубком со смесительной камерой декарбонизатора. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в смесительной камере установлен пережим, имеющий профиль в виде кривой Гаусса. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в месте сопряжения течки циклона нижней ступени и патрубка установлено устройство для разделения потока сырьевой смеси для подачи ее в загрузочную головку печи и смесительную камеру. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в течке циклона нижней ступени перед декарбонизатором установлено устройство для разделения потока сырьевой смеси для подачи в форкамеры.