ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА ИЗВЕСТНЯКА Российский патент 2002 года по МПК F27B1/02 

Изобретение относится к производству извести в шахтных печах и может быть использовано в металлургии, производстве строительных материалов и пищевой промышленности.

Существующие шахтные печи для обжига известняка имеют традиционную компоновку - в футерованной шихте расположены зоны подогрева, обжига известняка и охлаждения извести. Эффективность работы шахтной печи в значительной мере определяется условиями совместного протекания процессов горения топлива, теплообмена и диссоциации карбонатов. Разработка рациональных тепловых схем связана, главным образом, с обеспечением требуемого режима обработки материала при минимальном расходе топлива. В настоящее время в таких печах основной схемой организации процесса является противоток. Из теории теплообменников известно, что в тепловом отношении при отсутствии эндотермических процессов противоточная схема является наиболее выгодной, обеспечивая минимальные потери теплоты с уходящими газами.

По способу обжига различают шахтные печи пересыпные, полугазовые, на газообразном и жидком топливе.

Шахтные пересыпные печи являются первыми внедренными в промышленную практику механизированными и высокопроизводственными агрегатами, производящими известь высокого качества при сравнительно низких удельных расходах теплоты и электроэнергии.

Аэродинамический режим оказывает решающее влияние на процесс обжига извести в шахтной пересыпной печи. При заполнении шахты известняком объем межкускового пространства у стен всегда больше, чем в центральной части. В связи с этим аэродинамическое сопротивление шахты, заполненной материалом, всегда выше в центре по сравнению с периферией. Это явление, называемое "пристенным эффектом", приводит к неравномерному распределению скорости газового потока по поперечному сечению шахты. Наибольшая неравномерность распределения скоростей газов по поперечному сечению шахты наблюдается при периферийном вводе воздуха в печь, в этом случае протяженность области неустановившегося поля скоростей по высоте печи может достигать четырех диаметров шахты.

Известны шахтные печи на газообразном топливе, имеющие футерованную шахту, центральную, периферийные и балочные горелки (А.В. Монастырев. Производство извести. Москва, Высшая школа, 1978, с.123-135).

Существенным недостатком известных противоточных шахтных газовых печей является отсутствие в их конструкции керна, что в конечном итоге приводит к повышенному расходу топлива и невысокому качеству получаемой извести.

Аккумулирующей способности зоны подогрева шахтной противоточной печи недостаточно, чтобы утилизовать теплоту продуктов сгорания природного газа, покидающих зону обжига при работе с коэффициентом расхода воздуха, близким к единице, в результате чего существенно возрастают потери теплоты с уходящими газами. Кроме того, неблагоприятные условия перемешивания природного газа и воздуха в слое материала являются причиной значительного перепада температур по сечению печи, который достигает 400-450 ^oС, что также ведет к перерасходу теплоты в печах этого типа из-за указанных недостатков и превышает 4800-5000 кДж/кг извести при содержании в ней СаО_общ менее 90%. Из приведенных данных следует, что шахтные печи традиционной компоновки с противоточной схемой теплообмена работают с невысокими технико-экономическими показателями.

Известны и успешно эксплуатируются шахтные печи нетрадиционной компоновки прямоточно-противоточные регенеративные (ППР) (Монастырев А.В., Александров А. В. Печи для производства извести. Москва, Металлургия, 1979, с. 125-132; Нехлебаев Ю.П. Экономия топлива при производстве извести. Москва, Металлургия, 1987.)
Регенеративный принцип, заложенный в идее этих печей, позволяет снизить удельный расход теплоты на обжиг до уровня 3750-3800 кДж/кг извести, в которой содержание СаО_общ составляет более 93-94 %. При этом температура продуктов сгорания несколько превышает температуру точки росы. Высокие технико-экономические показатели работы регенеративных печей обусловили широкое распространение их за рубежом.

Однако в связи со сложностью конструкции и технологической схемы ППР печей, им присущи существенные недостатки, в частности, и эксплутационного характера, от которых свободны шахтные газовые печи традиционной компоновки: повышенный выход продуктов сгорания; низкая стойкость "пиковых" горелок; необходимость повышенной точности регулирования расходов топлива.

Кроме того, регенеративный принцип, в отличие от устройства керамического керна, не может быть реализован в шахтных печах традиционной компоновки, что приводит к увеличению на порядок капитальных затрат при сопоставимых достигаемых технико-экономических показателях.

Наиболее близким техническим решением является шахтная печь для обжига сидеритов, имеющая в своей конструкции поперечные стенки (керны) (В.А. Кривандин, А. В. Егоров. Тепловая работа и конструкции печей черной металлургии. Москва, Металлургия, 1989, с. 48-49).

Существенным недостатком известной шахтной печи является то, что конструкция ее кернов в связи с несовершенством не может быть использована в шахтных печах традиционной компоновки, диаметр (ширина) и высота рабочего пространства которых в 4-5 раз больше.

Целью изобретения является обеспечение механической прочности и долговечности керна в тяжелых условиях эксплуатации (температура 1250-1350^oС, давление слоя известняка высотой более 15 м при разнице температур футеровки, простенков и центрального столба керна более 350^oС).

Изобретение позволяет реализовать при незначительных капитальных затратах на сооружение керна преимущества традиционной компоновки шахтной печи:
снизить удельный расход топлива на тонну обжигаемой 85% извести до 3950-4100 кДж/кг (135-140 кг у. т./т);
увеличить содержание (CaO+MgO)_акт в извести до 93%.

Поставленная цель достигается тем, что керамический керн имеет простенки и центральный столб, снабженный металлическими газоохлаждаемыми балками-фиксаторами, при этом в центральном столбе и футеровке шахты печи выполнены вертикальные лазы, в которые входят простенки с возможностью свободных температурных деформаций относительно футеровки шахты и центрального столба керна.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - зоны обжига и охлаждения шахтной печи, разрез А-А фиг. 2.

фиг. 2 - то же, разрез Б-Б фиг. 1.

Шахтная печь имеет кожух 1, футеровку шахты 2, выносные топки 3, водоохлаждаемые опорные балки 4 под керн, центральный столб 5, газоохлаждаемые балки-фиксаторы 6, опирающиеся на кожух печи, простенки 7, пазы 8 в футеровке шахты и центральном столбе, в которые с зазорами на температурные расширения входят простенки 7. Простенки 7 имеют каналы 9, сообщающиеся с выносными топками 3. Каналы 9 сообщаются с рабочим пространством печи через окна 10.

Шахтная печь, оснащенная керамическим керном, работает следующим образом.

Известь, поступающая из зоны подогрева печи, распределяется керном на 4 сектора, где обжигается продуктами сгорания природного газа (мазута), поступающими из окон 10, простенков 7. Разность температур футеровки 2, центрального столба 5 и простенков 7 достигает 350^oС, однако это не приводит к разрушению керна, так как его элементы вследствие зазоров в пазах 8 имеют возможность свободно деформироваться.

Устойчивость центрального столба 5 обеспечивается газо(воздухо)-охлаждаемыми балками-фиксаторами 6, установленными в двух уровнях. Устройство работоспособного керамического керна в шахтной печи традиционной компоновки коренным образом изменяет технико-экономические показатели ее работы.

Конструкция керна прошла успешные испытания в шахтной печи ОАО "Николаевский глиноземный завод". За первый год (1999-2000г.) непрерывной эксплуатации достигнуты следующие среднегодовые показатели (см.таблицу).

Изобретение относится к производству извести в шахтных печах. Шахтная печь содержит футерованную шахту, выносные топки и керамический керн. Керамический керн состоит из простенков и центрального столба, снабженного металлическими газоохлаждаемыми балками-фиксаторами. В центральном столбе и футеровке шахты выполнены пазы, в которые входят простенки, имеющие возможность свободных температурных деформаций относительно футеровки шахты и центрального столба керна. Технический результат - увеличение срока работы керамического керна. 2 ил., 1 табл.

Шахтная печь для обжига известняка, содержащая футерованную шахту, выносные топки и керамический керн, отличающаяся тем, что керамический керн состоит из простенков и центрального столба, снабженного металлическими газоохлаждаемыми балками-фиксаторами, при этом в центральном столбе и футеровке шахты печи имеются вертикальные пазы, в которые входят простенки с возможностью свободных температурных деформаций относительно футеровки шахты и центрального столба керна.