СПОСОБ ОБЖИГА КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ШАХТНОЙ ПЕЧИ И ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК F27B1/00 

Изобретение предназначено для применения в металлургической, химической отраслях промышленности, строительных материалов и т.п. использующих обжиговые установки для термообработки кусковых материалов: известняка, фосфоритов, железных руд и т.п.

Известен способ обжига кусковых материалов (известняка) в шахтной печи, по которому подогрев его проводят в противотоке продуктов горения топлива, а обжиг в прямотоке. При этом процессы осуществляют в двух разных шахтах. Рабочий режим в обеих шахтах чередуется регулярными интервалами. Топливо и воздух подают в верхнюю часть шахт. Продукты горения в прямотоке с опускающимся материалом передают тепло и обжигают и затем через переходный канал поступают во вторую шахту, в которой в противотоке с материалом подогревают его, при этом охлаждающий воздух в переходном канале смешивается с продуктами горения, поступающими из обжиговых шахт. В последующей фазе процесса чередуется роль шахт, цикл периодически повторяется.

Топливо и воздух подают попеременно в обе шахты: топливо вертикальными горелочными трубами, входящими сверху в столб материала; воздух вдувают из атмосферы. Материал загружают в обе шахты также попеременно. Отходящие печные газы удаляются из шахты подогрева материала (1).

Недостатками способа являются сложная система автоматизации процесса термообработки, связанная с циклическими переключениями клапанов подачи топлива и воздуха в печь, отвода отходящих печных газов и загрузки материала; отложение пыли в переходном канале между шахтами, приводящее к остановкам печи для чистки канала; малый срок службы запорных клапанов, снижающий эффективность использования способа.

Известен способ обжига кусковых материалов в шахтной печи, при котором материал подогревают и обжигают в плотном движущемся слое в противотоке продуктов горения топлива, подачу воздуха в зону охлаждения, ввод топлива в слой, охлаждение обоженного материала в противотоке воздухом, сжигание топлива в слое охлаждающим воздухом. При этом топливо (газообразное, жидкое) вводят в слой при помощи различных устройств: периферийных, центральных, сопловых горелок, расположенных в водоохлаждаемых балках поперек печи, газификаторов мазута. Воздух в зону охлаждения или вдувают вентилятором или засасывают дымососом, установленным над печью. Загрузка материала в печь осуществляют периодически по датчикам уровня слоя, установленным в верхней части шахты. Выгрузку обоженных и охлажденных материалов проводят непрерывно или периодически выгрузочными устройствами. Отходящие печные газы удаляют из печи с верхней части шахты непрерывно (2).

Недостатком способа является неравномерность обжига материала по сечению печи из-за неравномерного распределения газового потока по объему слоя, что обуславливает повышение удельного расхода топлива на обжиг и снижение качества обоженного материала.

Так, исследования шахтных известково-обжигательных печей Челябинского металлургического комбината при периферийном вводе природного газа показали следующее: по середине прямоугольной печи идет воздух, в то время как у стен шахты его недостаточно для сжигания поступающего газа, и в пробах отобранного газа содержатся все горючие компоненты метан, водород, окись углерода; распределение температур по сечению шахты также неравномерно: в средней части печи понижение температуры с повышением их к стенкам шахты. Перепад температур по сечению шахты достигает 500 ^oC. Потери тепла с химическим недожогом топлива составляет 30 32% при содержании CaO_акт а извести 78,0%
Неравномерность распределения состава газа и температур по сечению печей обнаружена по существу при всех известных способах ввода топлива в слой: через центральные горелки, многосопловые, газификаторы. Объясняется это неравномерным смешением двух потоков: охлаждающего воздуха, поступающего из зоны охлаждения и подаваемого топлива.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату являются способ обжига кусковых материалов в шахтной печи и шахтная печь для обжига кусковых материалов (3).

Известный способ обжига кусковых материалов в шахтной печи включает загрузку, подогрев, обжиг и охлаждение материала в плотном слое, в противотоке продуктов горения топлива и воздуха при подаче топлива и воздуха на два уровня топливосжигающих устройств, отбор отходящих газов и подачу их на нижний уровень топливосжигающих устройств.

Известная шахтная печь для обжига кусковых материалов содержит футерованную шахту с загрузочным и разгрузочным устройствами, установленные на двух уровнях шахты топливосжигающие устройства и дымосос, соединенный нагнетательной трубой с топливосжигающими устройствами нижнего уровня.

Недостатками известных способа обжига кусковых материалов в шахтной печи и шахтной печи для обжига кусковых материалов являются неравномерность газораспределения по объему слоя вследствие образования пустот в шахте, что обуславливает неравномерность распределения температур по толщине опускающегося слоя и получение извести неоднородного качества (известь содержит как пережженные куски, так и недообожженные); трудность создания печи высокой производительности из-за небольшой толщины опускающегося слоя в зоне обжига между стенами шахты, вызванной малой глубиной проникновения газов в слой; сложная конфигурация шахты в зоне обжига усложняет футеровочные работы; неравномерность износа футеровки приводит к снижению коэффициента использования печи и, как следствие, к повышению удельного расхода тепла на обжиг.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение равномерности газораспределения по объему слоя, снижение коэффициента расхода воздуха в печных газах и подачи газов на горение топлива без применения дутьевых средств.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе обжига кусковых материалов в шахтной печи, включающем загрузку, подогрев, обжиг и охлаждение материала в плотном слое противотоке продуктов горения топлива и воздуха при подаче топлива и воздуха на два уровня топливосжигающих устройств, отбор отходящих газов и подачу из на нижний уровень топливосжигающих устройств, в верхний уровень топливосжигающих устройств подают воздух из зоны охлаждения, при этом количество подаваемого воздуха составляет 0,2 -0,4 расхода воздуха на охлаждение, а количество отходящих печных газов, подаваемых в нижний уровень топливосжигающих устройств, составляет величину, равную 0,5 1,0 расхода воздуха на охлаждение. При этом соотношение давлений газов в зоне обжига на верхнем уровне топливосжигающих устройство и воздуха в зоне охлаждения уровнем топливосжигающих устройств и воздуха в зоне охлаждения составляет (5 50):1, а соотношение давлений газов в зоне обжига на нижнем уровне топливосжигающих устройств и после дымососа составляет (2 10):1.

Указанный технический результат достигается также тем, что известная шахтная печь для обжига кусковых материалов, содержащая футеровочную шахту с загрузочным и разгрузочным устройствами, установленные на двух уровнях шахты топливосжигающие устройства и дымосос, соединенный нагнетательной трубой с топливосжигающими устройствами нижнего уровня, снабжена арками, установленными над топливосжигающими устройствами и в нижней части печи по ее диаметру, при этом арки над нижнем уровнем топливосжигающих устройств установлены у противоположных стен шахты друг против друга на расстоянии (0,35 0,45)D, где D диаметр шахты, над верхним уровнем топливосжигающих устройств арка установлена по диаметру печи и ширина арки составляет (0,2 0,35)D, а самая нижняя арка установлена под арками нижнего уровня топливосжигающих устройств на расстоянии от них (0,5 1,0)D, причем топливосжигающие устройства верхнего уровня и пространство под самой нижней аркой соединены трубопроводами с патрубками.

Настоящее изобретение позволяет обеспечить получение высоких температур горения топлива (1400 1700^oC) на верхнем горизонте шахты, на котором процессы диссоциации известняка только начинаются и нет опасности оплавления его, и невысоких температур горения топлива на нижнем горизонте шахты (1000
1200^oC), на котором диссоциация известняка уже завершается и при этих температурах оплавления извести не происходит. Это позволяет улучшить газораспределение в слое и равномерность распределения температур материала по объему слоя и за счет этого повысить качество получаемой извести. Организация высоких температур горения топлива на верхнем горизонте шахты и подача печных газов на горение топлива в нижний уровень (горизонт) шахты приводит к снижению коэффициента расхода воздуха в отходящих печных газах, что обуславливает снижение удельного расхода топлива на обжиг. Приведение отношения разрежений (давлений) по зонам и печных газов позволяют подавать воздух из зоны охлаждения на горение топлива в верхний уровень (горизонт) шахты и печных газов на нижний горизонт без применения дутьевых средств (вентиляторов) путем естественного их движения за счет перепада давлений газов в указанных зонах печи. Приведенные значения расходов воздуха и печных газов обеспечивают достижение наилучших показателей процессов диссоциации известняка. При расходе воздуха 0,2 расхода воздуха на охлаждение в верхнем уровне горения топлива процессы диссоциации будут осуществляться, главным образом, ниже этого уровня продуктами горения, полученными от сжигания топлива на нижнем уровне топливосжигающих устройств. Вследствие того, что эти продукты имеют невысокие температуры, то ухудшается в этой зоне теплообмен между газами и обжигаемым известняком, в результате чего снижается степень диссоциации известняка и качество получаемой извести. При расходе воздуха более 0,4 расхода воздуха на охлаждение уменьшается количество вводимого топлива через нижние арки, приводящие к снижению степени обжига материала у стен шахты печи и качества извести.

Значение отношений разрежений (давлений) газов в зонах и печных газов обеспечивают получение естественного движения воздуха и печных газов приведенных выше их расходов (без применения дутьевых устройств).

Настоящее изобретение позволяет также обеспечить равномерность газораспределения по объему слоя обжигаемого материала. Приведенные расстояния арок друг от друга на нижнем уровне топливосжигающих устройств шахты (0,25 - 0,45)D обусловлены тем, что глубина проникновения в слой продуктов горения, получаемых от сжигания топлива в свободном объеме под арками с помощью топливосжигающих устройств, обычно не превышает (0,2 0,25) диаметра шахты. При расстоянии арок менее 0,35 D продукты горения пронизывают слой до оси печи, обеспечивая тем самым равномерность их распределения по ширине между арками, но в этом случае возрастают гидравлические сопротивления газов в этом районе, что приведет к повышению удельного расхода электроэнергии на обжиг в связи с необходимостью применения более мощных дымососов. При расстоянии между арками более 0,45 D продукты горения не проникнут до оси печи, ухудшая равномерность газораспределения между арками. Установка верхней арки в промежутке между нижними обеспечивает обжиг материалов по осевой части печи, увеличивая равномерность газораспределения по сечению печи. При приведенном расстоянии установки верхней арки от нижних обеспечиваются наилучшие условия равномерности распределения температур в зоне обжига. При расстоянии более 1,5 диаметра шахты снижается температура в зоне обжига в осевой части печи, а при расстоянии менее 1,0 диаметра шахты появляются условия "закозления" печи из-за уменьшения расстояния между арками. Ширина арки (0,2 0,35) диаметра шахты обеспечивает ее прочность и создает необходимый свободный объем под ней для горения топлива. Соединение топливосжигающих устройств нижних арок трубопроводами с нагнетательной трубой дымососа, а топливосжигающих устройств верхней арки с патрубками арки, расположенной дополнительно по диаметру печи под нижними арками, позволяет обеспечить реализацию способа обжига по пп. 1,2. Установка самой нижней арки под нижними арками и отвод из-под нее части охлаждающего воздуха обеспечивает снижение поступления охлаждающего воздуха в осевую часть печи зоны обжига, увеличивая тем самым проникновение продуктов горения из-под нижних арок и повышая равномерность распределения температур по сечению печи. Приведенное расстояние установки самой нижней арки от нижних позволяет исключить переток продуктов горения из-под нижних арок в свободный объем под самой нижней аркой и обеспечить требуемую степень охлаждения обоженного материала при наименьших удельных расходах охлаждающего воздуха.

На фиг. 1 показан продольный разрез шахтной печи для обжига кусковых материалов, на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Шахтная печь для обжига кусковых материалов содержит футерованную шахту 1 с загрузочным 2 и разгрузочным 3 устройствами, датчики 4 уровня слоя, арки 5, 6, расположенные под топливосжигающими устройствами 7, установленными на двух уровнях шахты. В нижней части печи по ее диаметру установлена самая нижняя арка 8. Дымосос 9 соединен нагнетательной трубой 10 с топливосжигающими устройствами нижнего уровня. Арки 6 над нижним уровнем топливосжигающих устройств установлены у противоположных стен шахты друг против друга на расстоянии (0,35 0,45) D, где D диаметр шахты. На верхним уровнем топливосжигающих устройств 7 арка 5 установлена по диаметру печи на расстоянии (1,0 1,5) D от нижних арок 6. Ширина арки 5 составляет (0,2 0,35) D, а самая нижняя арка 8 установлена под арками 6 нижнего уровня топливосжигающих устройств на расстоянии от них (0,5 1,0) D. Топливосжигающие устройства 7 верхнего уровня и пространство под самой нижней аркой соединены трубопроводами 11 с патрубками 12 и заслонками 13. Отходящие газы отводят через устройство 14. Трубопровод 15 с коллектором 16 соединен с дымососом 9, воздух на охлаждение подают вентилятором 17.

Шахтная печь для обжига кусковых материалов работает следующим образом. Материал скиповым подъемником или другим механизмом подают в загрузочное устройство 2, из которого он ссыпается в печь и движется вниз за счет разгрузки материала, осуществляемой разгрузочным устройством 3. В печи поддерживается постоянный уровень слоя материала между датчиками 4. Поддержание уровня осуществляется путем воздействия электрического сигнала от датчиков уровня слоя на включение или выключение электродвигателя скипового подъемника при заполнении печи выше верхнего уровня поступает сигнал на выключение двигателя; при опускании шахты ниже нижнего уровня поступает сигнал на включение электродвигателя. При движении материала вниз он подогревается и обжигается в противотоке продуктов горения топлива, поступающих в слой из свободных объемов, образованных под верхней 5 и нижними арками 6. Сжигание топлива в свободных объемах осуществляется топливосжигающими устройствами 7. При этом сжигание топлива под верхней аркой проводится за счет воздуха, поступающего по трубопроводу 11 из патрубка 12 самой нижней арки 8. Регулирование расхода этого воздуха осуществляется заслонкой 13, установленной в трубопроводе 11. Сжигание топлива под нижними арками проводится в потоке охлаждающих печных газов, поступающих из нагнетательной трубы 10 дымососа 9 по трубопроводу 15 и коллектору 16. Регулирование расхода этих газов осуществляется заслонкой. Охлаждение обожженного материала проводится воздухом, подаваемым дутьевым вентилятором 17 под разгрузочное устройство. Отходящие печные газы удаляются дымососом 9 через устройство 14.

Пример осуществления способа обжига кусковых материалов.

Известняк крупностью 40 80 мм скиповым подъемником загружают в шахтную печь производительностью 8 т/час (по извести). Печь имеет размеры: диаметр шахты в верхней части (в свету) 4,2 м; сечение шахты в месте установки арок прямоугольное 3,8 х 3,8 м; рабочая высота шахты 22,0 м. На расстоянии 6,0 м от выгрузочного устройства у противоположных стен шахты установлены арки шириной (каждая) 1,15 м, над ними на расстоянии 4,8 м от них по печи параллельно установлена арка шириной 1,0 м. Под каждую из них с их торцов введены топливосжигающие устройства. Ниже нижних арок на расстоянии 3,0 м от них по середине печи смонтирована арка шириной 0,9 м, с обоих торцов которой введены патрубки, соединенные трубопроводами с топливосжигающими устройствами верхней арки. Топливосжигающие устройства нижних арок соединены через коллектор и трубопровод с нагнетательной трубой дымососа. Устройства для выгрузки материала из печи и удаления газов типовые.

В качестве топлива используют природный газ с удельной теплотой сжигания 8500 ккал/мм³, который в количестве 20 40% его общего расхода равномерно распределяют по двум топливосжигающим устройствам верхней арки, а 80 60% его расхода равномерно распределяют по топливосжигающим устройствам нижних арок. Воздух в количестве 9600 м³/час на охлаждение обожженного материала и горение природного газа в слое и в свободном объеме под верхней аркой подают снизу шахты под разгрузочное устройство. На горение топлива в свободном объеме под верхней аркой 20 40% общего расхода воздуха отводят из зоны охлаждения через патрубки, установленные под самой нижней аркой. В этом случае на горение топлива в свободном объеме под нижними арками соответственно подают из нагнетательной трубы отходящие печные газы в количестве 100 50% от общего расхода охлаждающего воздуха. Удаление газов из печи производят сверху шахты дымососом. Разгрузку охлажденного материала осуществляют непрерывно разгрузочным устройством. В зависимости от количества подаваемого воздуха на горение топлива под верхнюю арку и отходящих печных газов под нижние арки обеспечивают режимы и показатели работы печи, представленные в табл.1.

Как видно из табл.1, наиболее целесообразным режимом работы печи является режим, при котором на горение топлива под верхней арков подается 0,3 общего расхода охлаждающего воздуха, а на горение топлива под нижними арками вводятся отходящие печные газы в количестве 0,75 общего расхода охлаждающего воздуха.

Настоящее изобретение приводит к снижению удельного расхода тепла на обжиг и повышению качества обожженных материалов. Например, применительно к отечественным заводам, использующим для обжига известняка шахтные печи, снижение удельного расхода топлива на обжиг происходит на 20 30% при этом имеет место повышение содержания CaO_акт в извести на 8 10% В качестве топлива могут использовать все его виды: твердое, газообразное, жидкое.

Использование: в металлургической, химической отраслях промышленности строительных материалов. Сущность изобретения: способ обжига кусковых материалов в шахтной печи включает загрузку, подогрев, обжиг и охлаждение материала в плотном слое в противотоке продуктов горения топлива и воздуха, отбор отходящих газов и подачу их на нижний уровень топливосжигающих устройств. В верхний уровень топливосжигающих устройств подают воздух из зоны охлаждения. Количество подаваемого воздуха составляет 0,2 - 0,4 расхода воздуха на охлаждение. Количество отходящих печных газов, подаваемых в нижний уровень топливосжигающих устройств, составляет (0,5 - 1,0) расхода воздуха на охлаждение. Соотношение давлений газов соответственно в зоне обжига на верхнем уровне топливосжигающих устройств воздуха в зоне охлаждения составляет (5 - 50): 1, а в зоне обжига на нижнем уровне топливосжигающих устройств и после дымососа (2 - 10):1. Над топливосжигающими устройствами 7 и в нижней части печи по ее диаметру установлены арки 5, 6, 8, арки 6 - у противоположных стен шахты друг против друга на расстоянии (0,35 - 0,45)D, где D - диаметр шахты. Арка 5 установлена по диаметру печи на расстоянии (1,0 - 1,5)D от нижних арок 6, ширина арки 5 составляет (0,2 - 0,35)D. Арка 8 установлена под арками 6 на расстоянии от них (0,5 - 1,0)D. Топливосжигающие устройства 7 верхнего уровня и пространство под аркой 8 соединены трубопроводами с патрубками. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ обжига кусковых материалов в шахтной печи, включающий загрузку, подогрев, обжиг и охлаждение материала в плотном слое в противотоке продуктов горения топлива и воздуха при подаче топлива и воздуха на два уровня топливосжигающих устройств, отбор отходящих газов и подачу их на нижний уровень топливосжигающих устройств, отличающийся тем, что в верхний уровень топливосжигающих устройств подают воздух из зоны охлаждения, при этом количество подаваемого воздуха составляет 0,2 0,4 расхода воздуха на охлаждение, а количество отходящих печных газов, подаваемых в нижний уровень топливосжигающих устройств, составляет величину, равную 0,5 1,0 расхода воздуха на охлаждение. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение давлений газов соответственно в зоне обжига на верхнем уровне топливосжигающих устройств и воздуха в зоне охлаждения составляет (5 50) 1, а соотношение давлений газов в зоне обжига на нижнем уровне топливосжигающих устройств и после дымососа составляет (2 10) 1. 3. Шахтная печь для обжига кусковых материалов, содержащая футерованную шахту с загрузочным и разгрузочным устройствами, установленные на двух уровнях шахты топливосжигающие устройства и дымосос, соединенный нагнетательной трубой с топливосжигающими устройствами нижнего уровня, отличающаяся тем, что она снабжена арками, установленными под топливосжигающими устройствами и в нижней части печи по ее диаметру, при этом арки под нижним уровнем топливосжигающих устройств установлены у противоположных стен шахты друг против друга на расстоянии (0,35 0,45)D, где D диаметр шахты, над верхним уровнем топливосжигающих устройств арка установлена по диаметру печи на расстоянии (1,0 1,5)D от нижних арок и ширина арки составляет (0,2 0,35)D, а самая нижняя арка установлена под арками нижнего уровня топливосжигающих устройств на расстоянии от них (0,5 1,0)D, причем топливоcжигающие устройства верхнего уровня и пространство под самой нижней аркой соединены трубопроводами с патрубками.