СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ АГЛОМЕРАТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК C22B1/214 F27B1/00 

Изобретение относится к способу термической обработки агломератов, в частности к обжигу частиц, содержащих оксид железа, в нескольких расположенных друг за другом зонах одного реактора, в частности шахтной печи; причем агломераты непрерывно подаются в зону загрузки и образуют в реакторе сыпучую массу, в следующих за зоной загрузки зоне сушки и зоне нагрева сушат и нагревают, в следующей за зоной нагрева зоне обжига обжигают, в следующей за зоной обжига зоне охлаждения охлаждают и в следующей за зоной охлаждения зоне разгрузки выгружают.

Из уровня техники известно множество способов термической обработки агломератов, которые, в частности, относятся к применению машин для обжига частиц, шахтных печей для обжига частиц, также при обжиге частиц руды.

Обжиг частиц руды в устройствах для обжига производят по большей части на колосниковых решетках с газовым колпаком. Устройства для обжига частиц имеют, если смотреть в направлении хода колосниковой решетки, различные зоны обработки, а именно: зону сушки, зону горения и зону охлаждения. Эти зоны могут быть подразделены, например, на различные зоны сушки, зону нагрева, зоны горения и дожигания, а также различные зоны охлаждения. Необходимая для процесса теплота подводится преимущественно или исключительно за счет горячих газов. Эти горячие газы образуются в камере сгорания в результате сжигания жидкого, газообразного или пылевидного твердого топлива и затем поступают в газовый колпак. Поскольку газы, образовавшиеся при горении, иногда могут быть очень горячими, для утилизации теплоты применяют различные системы для рециркуляции газов.

Во втором способе обжига частиц руды, во вращающейся трубчатой печи с транспортером или на обжиговой колосниковой решетке, для отдельных фаз термической обработки требуются три агрегата: ленточная сушилка и предварительный нагреватель, вращающаяся трубчатая печь и охладитель частиц. Этот способ имеет то преимущество, что отдельные фазы тепловой обработки могут быть хорошо проконтролированы. Однако требуемые три устройства вызывают высокие инвестиционные и производственные затраты. Недостатком является также повышенное истирание материала частиц руды во вращающейся трубчатой печи.

Другую возможность обжига частиц руды представляют собой шахтные печи для обжига частиц. В этом способе горячие газы сгорания вдувают в верхнюю часть шахты, в шахту или в сыпучую массу, благодаря чему частицы подвергаются обжигу. Обожженные частицы охлаждают путем вдувания в область разгрузки шахтной печи холодного воздуха, который поднимается в шахте через сыпучую массу частиц и при этом отбирает тепло у обоженных частиц. Вместе с газами сгорания нагретый таким образом воздух приводит к обжигу частиц и к сушке частиц.

При помощи устройств для обжига частиц нагрев нанесенной на решетку сыпучей массы частиц производят до тех пор, пока лежащие в нижней части сыпучей массы частицы не будут окончательно обработаны.

Это имеет тот недостаток, что частицы, лежащие в верхних областях сыпучей массы, хотя они уже готовы, обожжены, всегда нагреваются дополнительно, поскольку частицы, лежащие в нижних областях сыпучей массы, еще не готовы или еще недостаточное время находятся при температуре горения. Это обстоятельство неизбежно ведет к более высокому потреблению энергии и к ограничению производительности, а также, в зависимости от соответствующей области сыпучей массы, к различному качеству частиц.

Шахтная печь не имеет таких недостатков, однако при обработке в шахтной печи при незначительном диаметре шахты едва ли можно достичь равномерного нагрева частиц в результате вдувания сбоку газов сгорания. Поэтому мощность шахтной печи для обжига частиц весьма ограничена. Современные самые большие шахтные печи имеют годичную производительность около 500000 т. Устройство для 2,5 млн.т частиц/год потребовало бы пяти шахтных печей против только одного устройства колосниковой решетки.

Мощность обычных шахтных печей для обжига частиц из-за проблемы неравномерного поступления энергии через поперечное сечение печи едва ли может быть увеличена. По этой причине шахтные печи для обжига частиц применимы только для обжига частиц, содержащих преимущественно магнетитовые руды, так как окисление магнетита в гематит протекает экзотермически и поэтому обеспечивает приток энергии в процесс обжига. Для обжига частиц, содержащих гематитовые руды, необходимый высокий приток энергии не может равномерно поступать по поперечному сечению шахты. Однако это является предпосылкой для получения частиц равномерно высокого качества.

В патенте DE-PS 2700485 предложен способ обжига частиц железной руды, в котором свежие частицы сушат и предварительно нагревают в печи с ленточным транспортером, а затем обжигают в шахтной печи и, наконец, охлаждают. Для уменьшения потребности в энергии процессов газы, использованные для охлаждения обожженных частиц, пропускают противотоком к частицам на стадиях обжига, предварительного нагревания и сушки. Кроме того, часть газов, использованных для сушки свежих частиц, применяют для охлаждения обожженных частиц.

Способ, предложенный в патенте DE-PS 2700485, ничего не изменяет в проблеме незначительной пропускной способности шахтной печи для обжига частиц. Предложенная далее печная установка предусматривает печь с ленточным транспортером, а также шесть шахтных печей. Этот способ поэтому оценивается отрицательно с точки зрения инвестиционных затрат. Другая проблема состоит в том, что из печи с ленточным транспортером выходят предварительно нагретые или предварительно обожженные частицы, и затем они должны быть перемещены в шахтную печь. При этом происходит определяемое на опыте повышенное истирание частиц, что также является нежелательным.

Задачей данного изобретения является поэтому создание способа термической обработки агломератов, в частности, для обжига частиц, содержащих оксид железа, который исключает известные из уровня техники недостатки.

В частности, предложенный способ эксплуатации шахтной печи для обжига частиц должен обеспечить значительно большую производительность по сравнению с известными способами или печами. Предложенный способ должен далее отличаться высоким использованием энергии и благодаря этому быть особенно экономичным. Кроме того, предложенный способ должен подходить для обжига частиц, которые содержат большую долю гематитовых руд.

Эта задача решается согласно изобретению за счет того, что в зону подачи газа, которая расположена непосредственно перед зоной выгрузки в направлении движения агломерата, в реактор подают горючую смесь газов, которая проходит противотоком к агломерату, при переходе от зоны охлаждения к зоне горения воспламеняется и выходит из реактора в виде отходящего газа в зоне отвода, находящейся непосредственно перед зоной загрузки в направлении потока газа.

Посредством предложенного способа в первую очередь решена проблема неравномерного подвода энергии в шахтных печах для обжига частиц, поскольку поступление энергии происходит не путем подачи снаружи горячих отходящих газов сгорания, а внутри сыпучей массы путем сжигания самовоспламеняющейся горючей газовой смеси. Благодаря этому диаметр шахты больше не представляет собой лимитирующего фактора для ее производительности и позволяет, с одной стороны, эксплуатировать шахтные печи для обжига частиц большего диаметра и соответственно большей мощности; с другой стороны, такая шахтная печь больше не ограничивается обжигом частиц, содержащих преимущественно магнетитовые руды. Впервые в шахтной печи можно осуществлять также обжиг частиц, которые содержат преимущественно гематитные руды, исключая непостоянство или неоднородность продукта обожженных частиц.

Дополнительно сырые частицы могут также содержать обычные для обжига частиц добавки, как, например, связующее, твердый углерод и т.д.

Горючая газовая смесь нагревается при подъеме через шахтную печь и охлаждает при этом оседающие в газовом потоке вниз уже обожженные частицы. При переходе от охлаждающей зоны к зоне горения воспламеняющаяся горючая газовая смесь сгорает в зоне горения внутри области, определенной несколькими параметрами. Пространственное увеличение этой области, так же как и преобладающую температуру в зоне горения, выбирают за счет состава и скорости горючей газовой смеси таким образом, что они являются достаточными для обжига частиц, которые содержат преимущественно гематитовые руды.

Согласно предпочтительному выполнению предложенного способа в зону подачи газа шахтной печи вводят попеременно горючую газовую смесь и негорючую газовую смесь.

После того, как горючая газовая смесь сгорела в зоне горения в течение времени, необходимого для обжига частиц, подачу горючей газовой смеси приостанавливают и в сыпучую массу вдувают негорючую газовую смесь. Равным образом поступающая в сыпучую массу снизу вверх негорючая газовая смесь охлаждает уже обожженные частицы. При этом находящаяся в зоне обжига сыпучая масса, в которой прежде еще преобладала температура горения или обжига частиц, охлаждается ниже температуры воспламенения горючей газовой смеси, и большая часть тепловой энергии, находящейся в сыпучей массе частиц в зоне обжига, переходит в лежащие ниже частицы и нагревает их до или выше температуры воспламенения горючей газовой смеси.

Если этот процесс теплопередачи заканчивается, то есть если слой, лежащий непосредственно над обожженными частицами, имеет температуру воспламенения неготовых обожженных частиц, в шахтную печь в зоне поступления газа снова вдувают горючую газовую смесь, которая снова воспламеняется непосредственно над обожженными частицами.

В каждом отдельном случае эмпирически легко установить, в течение какого времени и в каком количестве следует продувать негорючую газовую смесь через сыпучую массу, чтобы достичь описанного выше распределения температур.

Такой обжиг частиц путем равновесного сжигания горючей газовой смеси в зоне обжига и передача тепла к еще не обожженным частицам происходят непрерывно, что делает возможным непрерывное производство.

Такая форма выполнения предложенного способа отличается особенно низким расходом энергии и при этом дает незначительную нагрузку на окружающую среду, поскольку возвращающееся равновесие между процессами горения и теплообмена обеспечивает оптимальное использование энергии. Так как требуемая длительность горения может быть точно установлена, обожженные частицы имеют равномерное высокое качество.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения предложенного способа подачу газа в зону подачи и отвод газа в зоне отвода удается равномерно распределить по поперечному сечению шахтной печи. Воздействие равномерного потока энергии по поперечному сечению шахтной печи благодаря тому, что горючая газовая смесь или негорючая газовая смесь равномерно проходят через поперечное сечение шахтной печи, еще более усиливается. Такой равномерный по поперечному сечению отвод газов из зоны отвода также обеспечивает усиленный эффект предложенного действия.

В качестве горючих газовых компонентов могут быть использованы газовые смеси метана (СН₄, с незначительной примесью более высоких углеводородов) и/или монооксида углерода (СО) и/или водорода (H₂), в случае необходимости также компоненты более высоких углеводородов, чем метан, например, этан, пропан, этилен или ацетилен. Предложенный способ вообще не ограничивается применением вышеприведенных горючих газов, а могут быть использованы любые горючие вещества, которые в условиях процесса находятся в газообразном состоянии.

Часть горючих газовых компонентов в горючей газовой смеси выбирают в каждом отдельном случае таким образом, чтобы при их горении достигалась температура, необходимая для обжига частиц.

С точки зрения происхождения горючих газовых компонентов могут быть использованы газы из различных источников. В частности, названы: природный газ (в основном СН₄), доменный газ (примерно 28-33% СО, 6-12% CO₂, 2-4% Н₂, остальное N₂), коксовый газ (примерно 61% Н₂, 26% СН₄, 5% СО, 2% СО₂, 2% N₂, 3% высших углеводородов), генераторный газ (примерно 29% СО, 55% N₂, 11% Н₂, 6% CO₂), синтез-газ (в основном СО и H₂), a также различные другие восстановительные газы, которые, например, образуются при газовом риформинге или при газификации в расплаве жидкого чугуна при графитизации чугуна, путем газификации угля кислородом, или в виде конвертерного отходящего газа или в виде частично прореагировавшего восстановительного газа после прямого восстановления оксидов металлов. Такой отходящий частично прореагировавший газ после процесса COREX, например, имеет следующий состав: примерно 45% СО, 32% CO₂, 16% H₂, 2% СН₄, 3% N₂.

В качестве компонента, необходимого для горения, горючая газовая смесь содержит кислородсодержащий газ, то есть, например, воздух или технический кислород, образующийся в устройстве для разделения воздуха, или смесь воздуха и кислорода.

Чтобы регулировать как ширину фронта горения и вместе с этим пространственное увеличение обработанного горячей газовой смесью слоя сыпучей массы, так и температуру горения, можно регулировать отношение горючего газа к кислородсодержащему газу.

Является предпочтительным регулирование этих соотношений в зависимости от преобладающего температурного профиля вдоль высоты шахтной печи, в частности, температуры в зоне горения и/или объемного расширения зоны горения.

Является предпочтительным регулировать в предложенном способе скорость, с которой как горючая газовая смесь, так и негорючая газовая смесь проходят через сыпучую массу агломерата.

Скорость горючей газовой смеси при этом предпочтительно равна по величине или выше, чем скорость распространения пламени. Благодаря этому предотвращается отбрасывание фронта горения в уже обожженный слой. В противном случае уже обожженный слой нагревался бы снова сгорающей в нем газовой смесью, и использование энергии в процессе могло бы снижаться. При этом под скоростью распространения пламени здесь понимают скорость распространения фронта пламени горящей газовой смеси при заданном давлении, заданной температуре и заданном составе.

Регулирование скорости газа негорючей газовой смеси должно осуществляться таким образом, чтобы во время процесса передача тепловой энергии из обожженного слоя на лежащей над ним слой необожженных частиц происходила самым оптимальным образом. В частности, необходимо обеспечить, чтобы в этом слое необожженных частиц после передачи тепла вверх по всему поперечному сечению шахтной печи преобладала, по меньшей мере, температура воспламенения, и температура не снижалась, чтобы на последующей стадии процесса поступающая газовая смесь снова воспламенялась и горела по всему поперечному сечению шахтной печи.

Предпочтительно регулирование соответствующей скорости газа осуществляют в зависимости от температурного профиля по всей высоте шахтной печи, в частности, от температуры в зоне горения и/или пространственного распространения зоны горения.

Режим способа управляется также при данной геометрии шахты по нескольким параметрам: вид и состав горючих газов, отношение газа к кислородсодержащему газу в горючей газовой смеси, скорость, с которой горючая газовая смесь или негорючая газовая смесь проходит через сыпучую массу, продолжительность, с которой горючая газовая смесь или негорючая газовая смесь проходит через сыпучую массу, а также состав агломерата.

Чтобы ввести способ в работу, в зоне горения сначала следует установить температуру, необходимую для последующего воспламенения горючей газовой смеси.

Согласно одной из форм выполнения для этого горючую газовую смесь воспламеняют в зоне зажигания, расположенной перед зоной отвода в направлении газового потока. Горючую газовую смесь подают при этом как при последующем распространении горения в зону подачи газа в шахтной печи, воспламеняют внешней подачей энергии и отводят в качестве отходящего газа в зоне отвода из шахтной печи. Воспламенение горючей газовой смеси необходимо только при запуске процесса.

Согласно еще одной предпочтительной форме выполнения зона воспламенения расположена между зоной отвода и последующей зоной горения. Горючая газовая смесь проходит через сыпучую массу агломерата при запуске процесса со скоростью, которая меньше скорости распространения пламени горючей газовой смеси. Благодаря этому фронт пламени горящей газовой смеси спускается вниз и сушит и нагревает еще необожженный агломерат. Когда фронт пламени достигает зоны горения, скорость газа увеличивают до тех пор, пока фронт пламени не перестает спускаться вниз, а остается стационарным.

Согласно другой форме выполнения для запуска предложенного процесса шахтную печь наполняют примерно до зоны горения уже обожженным агломератом, температура которого в каждом случае находится ниже температуры воспламенения горючей газовой смеси. После этого зону горения шахтной печи заполняют слоем обожженного агломерата, температура которого выше температуры воспламенения горючей газовой смеси; наконец, шахтную печь заполняют агломератом до высоты зоны подачи. Температуру агломерата, находящегося в зоне горения, устанавливают таким образом, чтобы при последующей подаче горючей газовой смеси еще сохранялась, по меньшей мере, температура воспламенения или еще выше, так что горючая газовая смесь сама воспламеняется.

Согласно одной из других форм выполнения для запуска предложенного процесса необходимую в зоне горения температуру создают таким путем, что трубки, через которые проходят горячие отходящие горючие газы, входят в сыпучую массу, находящуюся в зоне горения. Эти трубки могут быть подведены сбоку через обшивку реактора или сверху в зону горения и после нагрева агломерата в зоне горения выше температуры воспламенения горючей газовой смеси они удаляются. После этого осуществляют подачу горючей газовой смеси.

Специалистам естественно предлагаются еще и другие возможности запуска предложенного процесса. Например, здесь упомянуты только следующие: пропускание проволоки накаливания через зону горения, которая после пропускания электрического тока нагревается до такой степени, что проходящая горючая газовая смесь воспламеняется; или, в качестве дополнительной возможности, шахтную печь заполняют агломератом, включая зону горения, и сверху подают горячие отходящие газы горения извне зоны горения вниз через сыпучую массу до достижения в зоне горения требуемой температуры воспламенения.

Предложенный способ характеризуется особенно широким использованием образующихся при этом тепла и отходящих газов.

Согласно предпочтительной форме выполнения этого способа негорючую газовую смесь, которую пропускают через сыпучую массу на промежуточной стадии, по меньшей мере частично отделяют от рециркулирующего отходящего газа, который отводят из зоны отвода шахтной печи, или образуют воздух или смесь из отходящего газа и воздуха.

Особенно предпочтительной здесь является, по меньшей мере, частичная рециркуляция отходящего газа от другого процесса горения. Например, это может быть отходящий газ из другой шахтной печи для обжига частиц, которая в случае необходимости работает после предложенного способа; можно также использовать дымовой газ из любого другого источника.

Под отходящим газом в этой связи понимают также как выходящую из зоны отвода негорючую газовую смесь, так и продукты горения горючей газовой смеси.

Согласно дополнительной форме выполнения предложенного способа в зону подачи газа, расположенную в направлении движения потока, подают запирающий газ, предпочтительно воздух. Этот воздух, с одной стороны, служит для дальнейшего охлаждения обожженного агломерата, а с другой стороны, уплотняет шахтную печь снизу от выхода других газов.

Дополнительным предметом изобретения является устройство для осуществления предложенного способа.

Такое устройство содержит, по меньшей мере, один реактор, предпочтительно, по меньшей мере, одну шахтную печь. Реактор содержит верхнюю зону загрузки, в которую загружают агломерат с помощью загрузочного устройства. Далее реактор содержит нижнюю зону выгрузки, из которой выгружают обработанный агломерат с помощью разгрузочного устройства. Расположенная под зоной загрузки зона отвода содержит приспособление для отвода отходящего газа из реактора, расположенная между зоной загрузки и зоной выгрузки зона подачи газа содержит приспособление для подачи газов.

Такое устройство отличается тем, что газы с помощью приспособления для подачи газов могут подаваться равномерно распределенными по поперечному сечению реактора, а отходящий газ с помощью приспособления для отвода газов способен выводиться в основном равномерно распределенным через поперечное сечение реактора.

Согласно предпочтительной форме выполнения приспособление для равномерного отвода и/или приспособление для равномерной подачи газов образует соответствующую, по меньшей мере одну, предпочтительно, по меньшей мере, две проходящие через зону отвода или зону подачи газа, предпочтительно горизонтально, насадки в форме коромысла.

Насадки в форме коромысла проходят через полость реактора соответственно от одной внутренней стенки реактора до противоположной и закреплены либо у внутренних стенок реактора, либо пробивают оболочку реактора наружу.

В результате движения сыпучей массы вниз внутри реактора непосредственно под насадкой в форме коромысла образуется свободный от сыпучей массы канал. Внутри канала газ может равномерно распределяться и проходить через промежуточное пространство между насадками в сыпучую массу и вверх.

Для того чтобы под насадкой могли образовываться свободные от сыпучей массы каналы, является целесообразным, чтобы при вертикальном, расположенном нормально к продольной оси каждой насадки поперечном сечении соответствующая насадка выбиралась таким образом, чтобы ее ширина в самом широком месте была, по меньшей мере, пятикратной, предпочтительно десятикратной к среднему диаметру агломерата. Особенно предпочтительна при этом ширина от 15- до 25-кратной к среднему диаметру агломерата.

Чтобы гарантировать достаточное проницание во всем объеме насадки приспособления для подачи или отвода газа целесообразно, чтобы насадки отстояли друг от друга, по меньшей мере, на трехкратном, предпочтительно пятикратном от максимального размера зерен кускового материала расстоянии.

Вертикальное, расположенное нормально к продольной оси каждой насадки поперечное сечение каждой насадки предпочтительно имеет в основном прямоугольную или квадратную или треугольную или трапецевидную или округлую форму, причем закругленная форма, так же как и треугольное или трапецевидное поперечное сечение, узкая сторона или углы которого указаны выше, особенно предпочтительны.

Согласно следующей предпочтительной форме выполнения приспособление для равномерного отвода и/или приспособление для равномерной подачи газов выполнено в виде газораспределительной тарелки, которая образована проходящей через поперечное сечение реактора перфорированной плитой.

Такая газораспределительная тарелка закреплена либо у внутренних стенок реактора, либо проходит через оболочку реактора наружу.

Особое преимущество такой газораспределительной тарелки состоит в том, что непосредственно снизу образуются не только отдельные изолированные каналы, а сетка из перекрещивающихся каналов, в результате чего происходит особенно равномерное распределение газа по поперечному сечению реактора. Через отверстия газораспределительной тарелки сыпучая масса опускается вниз, а газ поднимается вверх внутрь сыпучей массы. В расположенной в зоне отвода газораспределительной тарелке в свободном от сыпучей массы канале приложенное разрежение обеспечивает равномерный проходящий через поперечное сечение реактора отвод газа из реактора.

С другой стороны, целесообразно, если ширина перегородки между двумя соседними отверстиями газораспределительной тарелки является, по меньшей мере, пятикратной, предпочтительно, по меньшей мере, десятикратной, от среднего диаметра агломерата, причем ширина предпочтительно составляет от 15- до 25-кратной величины среднего диаметра агломерата.

Далее для достаточного проницания газораспределительных тарелок для сыпучей массы каждые две соседние перегородки газораспределительной тарелки отстоят друг от друга, по меньшей мере, на трехкратном, предпочтительно пятикратном от максимального размера зерен кускового материала расстоянии.

Существует дополнительное преимущество, когда отверстия газораспределительной тарелки расположены равномерно отстоящими друг от друга рядами, причем отверстия внутри одного ряда имеют в основном постоянные интервалы, причем интервалы между рядами и интервалы между отверстиями внутри одного ряда могут иметь различную величину.

Форма отверстий газораспределительных тарелок предпочтительно является квадратной или прямоугольной. При этом, однако, равным образом применимы смягченные формы, например, круглые или шестиугольные.

Согласно предпочтительному признаку предложенного устройства выше приспособления для подачи газов расположено движущееся устройство для перемещения агломерата и разбивания комков.

Такое движущееся устройство содержит, по меньшей мере, одну, предпочтительно, по меньшей мере, две дробилки комков, причем каждая дробилка образована раздрабливающими вальцами с дробящими зубцами, проходящими через ее объем.

Для воспламенения горючей газовой смеси при запуске устройство может иметь одно или более воспламеняющих устройств, например, газовые горелки, расположенные ниже приспособления для отвода газов в оболочке реактора. При этом предпочтительны несколько газовых горелок, равномерно расположенных в объеме реактора, так чтобы горючий газ при запуске устройства мог воспламеняться возможно более равномерно.

Ряд питающих газопроводов входит непосредственно ниже приспособления для равномерной подачи газов в реактор, так чтобы подаваемый через питающие газопроводы газ вдувался непосредственно в свободные от сыпучей массы каналы.

Путем давления, с которым газ вдувают в каналы, так же как и разряжения, с которым он отводится в зоне отвода из реактора, обеспечивают подъем газа вверх в сыпучую массу.

Для подачи горючей газовой смеси или негорючей газовой смеси предусмотрен главный питающий газопровод, который содержит устройство для перемешивания газов, например, статическую мешалку, и далее разветвляется на питающие газопроводы.

Таким же образом, подобно питающим газопроводам, газоотводы - непосредственно ниже приспособления для равномерного отвода газов - входят в реактор таким образом, чтобы отходящий газ отводился непосредственно из свободных от сыпучей массы каналов.

Газоотводы соединяются далее в основной газоотвод, который соединен с основным питающим газопроводом таким образом, чтобы, например, во время теплопередачи отходящий газ мог направляться противотоком через реактор. Целесообразно, чтобы основной газоотвод содержал газоочистительное устройство, например, циклон или фильтр, чтобы удалять из отходящего газа захваченную с отходящим газом пыль.

Перед газосмесительным устройством входят трубопроводы для подачи кислородсодержащего газа и для подачи горючего газа в основной питающий газопровод.

Все питающие газопроводы и газоотводы снабжены в требуемых местах регулирующими устройствами, например, подвижными клапанами, и подающими газ устройствами, например, воздуходувками.

Целесообразно ниже зоны подачи газа вдувать в сыпучую массу запирающий газ, предпочтительно воздух. Для этого ниже зоны подачи газа в реактор входит трубопровод с запирающим газом. Вид запирающего газа выбирают таким образом, чтобы надежно обезопасить расстояние до зоны подачи газа и чтобы запирающий газ предпочтительно устремлялся вниз.

В качестве альтернативы в зоне разгрузки шахтной печи может быть расположен бункер-накопитель, благодаря которому шахтная печь уплотнена от утечки газов и, с другой стороны, регулируется выгрузка обожженного агломерата.

Особенно предпочтительное выполнение предложенного устройства предусматривает наличие двух предложенных реакторов. Основной газоотвод первого реактора при этом соединяется с основным питающим газопроводом второго реактора, а основной газоотвод второго реактора соединяется с основным питающим газопроводом первого реактора.

Во время фазы обжига одного из реакторов отводимый при этом отходящий газ подают в другой реактор, в котором происходит процесс теплообмена, в качестве негорючей газовой смеси. Поскольку фаза горения и процесс теплообмена не обязательно должны продолжаться одинаковое время, поступление негорючей газовой смеси каждый раз может переключаться на воздух, или подачу отходящего газа отменяют и возобновляют подачу кислородсодержащего и горючего газа.

Далее предложенный способ, а также формы выполнения предложенного устройства подробнее описаны на фиг.1-3.

В реактор 1 или в его зону 2 подачи подают агломерат, в частности, содержащие оксид железа сырые частицы, при помощи загрузочного устройства 3. Загрузочное устройство 3 образовано, например, в виде обычного, проходящего на всю ширину реактора 1, конвейерного транспортера, так, чтобы агломерат мог равномерно загружаться по всему поперечному сечению реактора.

Сыпучая масса проходит по реактору 1 вниз и в виде обожженных частиц выгружается из зоны 4 выгрузки реактора 1 при помощи разгрузочного устройства 5; причем зона 4 выгрузки реактора 1 выполнена таким образом - например, имеет достаточно крутые боковые стенки реактора -, чтобы затруднялся центральный поток сыпучей массы агломерата. Под центральным потоком понимают U-образный профиль скорости истечения потока агломерата через поперечное сечение реактора. При появлении центрального потока сыпучая масса, находящаяся в или вблизи от центра реактора, оседает вниз быстрее, чем область сыпучей массы вблизи оболочки реактора.

Разгрузочное устройство 5 может, например, быть образовано в виде встряхивающего стола или в виде конвейерного транспортера.

В зоне 6 подачи газа в реактор подают горючую газовую смесь и при помощи приспособления 7 распределяют поток газа для равномерного поступления газа в сыпучую массу. Горючая газовая смесь поднимается в сыпучей массе вверх, охлаждает в зоне 8 охлаждения оседающие вниз обожженные частицы и при этом нагревается до тех пор, пока не воспламеняется в зоне 9 горения. Продукты горения поднимаются через зону 10 нагрева, в которой сырые частицы нагреваются и сушатся.

В зоне 11 отвода отходящие газы через приспособление 12 для отвода отходящих газов равномерно отводятся из сыпучей массы.

На фиг. 1 как приспособление 7 для подачи, так и приспособление 12 для отвода газов образованы в виде насадок в форме коромысла, которые горизонтально расположены во внутреннем объеме реактора. Под каждой такой насадкой образуется свободный от сыпучей массы канал 13а, 13b. Через каналы 13а вдувают газ, а через каналы 13b его отводят.

Целесообразно согласовывать число подводящих газопроводов 14 или число газоотводов 15, которые непосредственно связаны с каждым каналом 13а, 13b, с числом насадок таким образом, чтобы, например, оно было одинаковым или двойным, если одновременно с противоположных сторон реактора 1 в каждый канал 13а, 13b вдувают или отводят газ. На фиг.1 на основании сделанного выбора представлены только по одному соответствующему питающему газопроводу 14 или газоотводу 15 в качестве входящих в реактор 1.

На фиг.2 представлена альтернативная форма выполнения приспособления 12 для отвода газа в виде сверху.

Над всем поперечным сечением реактора 1 расположена выполненная в виде перфорированной плиты газораспределительная тарелка 16. Через отверстия 17 газораспределительной тарелки 16 сыпучая масса опускается вниз, причем ниже газораспределительной тарелки 16 образуется решетка из перекрещивающихся друг с другом каналов. При такой форме выполнения приспособление 12 для отвода газа может отводить газ с одной, нескольких или со всех сторон реактора 1 через газоотводы 15. Затем газоотводы 15 объединяются в главный газоотвод 18. В качестве альтернативы этому вокруг реактора может проходить кольцевой трубопровод, в который входят газоотводы 15 и от которого отходит главный газоотвод. Для обеспыливания отходящих газов главный газоотвод 18 снабжен газоочистительным устройством, например, циклоном.

Форма отверстий 17 газораспределительной тарелки 16 не ограничивается представленным на фиг.2 квадратным выполнением. Отверстия могут также иметь, например, в зависимости от геометрии поперечного сечения реактора прямоугольную, а также круглую, шестигранную или другие подобные формы.

Каждый вариант выполнения газораспределительной тарелки, представленной на фиг. 2, может использоваться одинаково в качестве приспособления 12 для отвода газа, а также в качестве приспособления 7 для подачи газа, причем в последнем случае питающие газопроводы 14 отходят от главного питающего газопровода 19 и входят ниже подающего газ приспособления 7 в свободные от сыпучей массы каналы.

В главный питающий газопровод 19 входит трубопровод 20 для подачи кислородсодержащего газа, а также трубопровод 21 для подачи горючего газа. Кислородсодержащий газ и горючий газ смешивают в газосмесителе 22, который выполнен, например, в виде статического смесителя.

Главный газоотвод 18 связан с главным питающим газопроводом 19 трубопроводом 23.

Над подающим газ приспособлением 7, в зоне 8 охлаждения расположены дробилки 24 для комков, которые образованы известным способом из неистирающихся вальцов с расположенными вокруг них дробящими зубцами. Эти дробилки для комков приводятся в движение посредством расположенных вне реактора не показанных двигателей и разрыхляют в этой области сыпучую массу уже обожженных там частиц или служат для разрушения спекания между частицами.

В зону 4 выгрузки в реактор входит трубопровод 25 для запирающего газа. Благодаря подаваемому по трубопроводу 25 запирающему газу, обычно воздуху, реактор 1 изолируется от выхода других газов.

На фиг. 3 представлено предложенное устройство с двумя реакторами 1. Описание каждого реактора соответствует каждому реактору согласно фиг.1. Главный газоотвод 18 каждого реактора 1 соединен с главным питающим газопроводом 19 каждого другого реактора 1 через трубопровод 26. Благодаря этому отходящий газ, который во время фазы горения выходит из одного реактора 1, подается в другой реактор 1 во время процесса теплообмена.

Данное изобретение не ограничено изображенными на фиг.1-3 примерами выполнения, а охватывает также все известные специалистам средства, которые могут быть привлечены к выполнению данного изобретения.

Изобретение относится к способу термической обработки агломератов в нескольких расположенных друг за другом зонах одного реактора, в частности в шахтной печи. В способе в зоне подачи газа, которая расположена непосредственно перед зоной выгрузки в направлении движения агломерата, в реактор подают горючую газовую смесь, которая воспламеняется в зоне горения и в виде отходящего газа отводится из реактора. В устройстве приспособление для подачи газов выполнено с возможностью подачи газов горючей газовой смеси, а приспособление для отвода газов выполнено с возможностью отвода отходящего газа. Изобретение позволяет создать способ термической обработки агломератов, в частности для обжига частиц, содержащих оксид железа. 2 с. и 34 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ термической обработки агломератов, в частности обжига содержащих оксид железа частиц, включающий обработку агломерата в нескольких расположенных друг над другом зонах обработки в одном реакторе, в частности шахтной печи, причем агломерат непрерывно подают в зону загрузки и он образует в реакторе сыпучую массу, в последующих за зоной загрузки зонах сушки и нагрева его сушат и нагревают, в следующей за зоной нагрева зоне горения обжигают, в следующей за зоной горения зоне охлаждения охлаждают и в следующей за зоной охлаждения зоне разгрузки выгружают из реактора, отличающийся тем, что в зону подачи газа, которая расположена непосредственно перед зоной разгрузки в направлении движения агломерата, в реактор подают горючую газовую смесь в противотоке к агломерату, воспламеняют при переходе из зоны охлаждения в зону горения и отбирают в виде отходящего газа в зоне отвода, расположенной непосредственно перед зоной загрузки в направлении движения газа.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне подачи газа попеременно подают в реактор горючую газовую смесь и негорючую газовую смесь.3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что подачу газа в зону подачи газа осуществляют в основном при равномерном распределении через горизонтальное поперечное сечение реактора.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что отвод газов в зоне отвода осуществляют в основном при равномерном распределении через горизонтальное поперечное сечение реактора.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что горючая газовая смесь для достижения при ее горении требуемой температуры содержит в достаточном количестве горючий газ, в частности C_nH_2n+2, и/или CO, и/или Н₂, и кислородсодержащий газ, в частности воздух и/или технический кислород.6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что горючий газ содержит природный газ, и/или доменный газ, и/или доменный газ, и/или коксовый газ, и/или генераторный газ, и/или синтез-газ, и/или восстановительный газ.7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что отношение горючего газа к кислородсодержащему газу в горючей газовой смеси регулируют.8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что отношение горючего газа к кислородсодержащему газу в горючей газовой смеси регулируют в зависимости от температуры в зоне горения и/или пространственного увеличения зоны горения.9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что регулируют скорость, с которой горючая газовая смесь или негорючая газовая смесь проходит через сыпучую массу агломерата.10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что скорость, с которой горючая газовая смесь проходит через сыпучую массу агломерата, регулируют в зависимости от температуры в зоне горения и/или пространственного увеличения зоны горения.11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что скорость, с которой горючая газовая смесь проходит через сыпучую массу агломерата, выбирают равной или большей, чем скорость распространения пламени горючей газовой смеси.12. Способ по любому из пп.2-11, отличающийся тем, что негорючая газовая смесь образована, по меньшей мере частично, из рециркулируемого газа, который отбирают в зоне отвода из реактора, и/или воздуха.13. Способ по любому из пп.2-11, отличающийся тем, что негорючая газовая смесь образована, по меньшей мере частично, из рециркулируемого отходящего газа последующего процесса горения и/или воздуха.14. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что в зоне разгрузки в реактор подают запирающий газ, предпочтительно воздух.15. Устройство для термической обработки агломератов, в частности для обжига содержащих оксид железа частиц, содержащее по меньшей мере один реактор (1), в частности по меньшей мере одну шахтную печь, с верхней зоной (2) для загрузки агломерата с помощью загрузочного устройства (3), и нижней зоной (4) для выгрузки обработанного агломерата с помощью разгрузочного устройства (5) из реактора (1), с находящейся ниже зоны (2) загрузки зоной (11) отвода, которая содержит приспособление (12) для отвода отходящего газа из реактора (1), и с находящейся между зоной (2) загрузки и зоной (4) выгрузки зоной (6) подачи газа, которая содержит приспособление (7) для подачи газов, отличающееся тем, что приспособление для подачи газов выполнено с возможностью подачи газов горючей газовой смеси, преимущественно равномерно распределенных через горизонтальное поперечное сечение реактора (1), а приспособление для отвода газов выполнено с возможностью отвода отходящего газа, преимущественно равномерно распределенным через горизонтальное поперечное сечение реактора (1).16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что приспособление (12) для равномерного отвода газов и/или приспособление (7) для равномерной подачи газов содержит по меньшей мере одну, предпочтительно по меньшей мере две, насадки в форме коромысла, пересекающих предпочтительно горизонтально зону (11) отвода или зону (6) подачи газа.17. Устройство по любому из пп.15, 16, отличающееся тем, что вертикальное, нормально расположенное к продольной оси каждой насадки (7,12) поперечное сечение каждой насадки (7, 12) выбрано таким образом, что их ширина в самом широком месте является по меньшей мере пятикратной, предпочтительно по меньшей мере десятикратной, особенно предпочтительно 15 - 25-кратной к среднему диаметру агломерата.18. Устройство по любому из пп.15-17, отличающееся тем, что насадки (7, 12) отстоят друг от друга по меньшей мере на трехкратном, предпочтительно по меньшей мере пятикратном, к максимальному диаметру агломерата расстоянии.19. Устройство по любому из пп.15-18, отличающееся тем, что вертикальное, нормально расположенное к продольной оси каждой насадки (7, 12) поперечное сечение каждой насадки (7, 12) имеет в основном прямоугольную, или квадратную, или треугольную, или трапециевидную, или закругленную форму.20. Устройство по п.15, отличающееся тем, что приспособление (12) для равномерного отвода газов и/или приспособление (7) для равномерной подачи газов выполнено в виде газораспределительной тарелки (16), которая проходит в виде перфорированной плиты через поперечное сечение реактора.21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что ширина перегородки между каждыми двумя соседними отверстиями (17) газораспределительной тарелки является по меньшей мере пятикратной, предпочтительно по меньшей мере десятикратной, особенно предпочтительно 15-25-кратной к среднему диаметру агломерата.22. Устройство по любому из пп.20 и 21, отличающееся тем, что каждые две соседние перегородки газораспределительной тарелки расположены друг от друга по меньшей мере на трехкратном, предпочтительно по меньшей мере пятикратном, от максимального диаметра агломерата расстоянии.23. Устройство по любому из пп.20-22, отличающееся тем, что отверстия (17) газораспределительной тарелки (16) расположены преимущественно равномерно отстоящими друг от друга рядами, причем отверстия (17) внутри одного ряда имеют в основном постоянные интервалы.24. Устройство по любому из пп.20-23, отличающееся тем, что отверстия (17) газораспределительной тарелки (16) имеют в основном квадратную, или прямоугольную, или крестовидную форму.25. Устройство по любому из пп.15-24, отличающееся тем, что выше приспособления (7) для подачи газов расположено подвижное устройство (24) для движения агломерата и раздробления комков.26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что подвижное устройство (24) имеет по меньшей мере одну предпочтительно по меньшей мере две, дробилки для комков, причем каждая такая дробилка для комков выполнена в виде неистирающихся вальцов с расположенными вокруг дробящими зубцами.27. Устройство по любому из пп.15-26, отличающееся тем, что питающий газопровод (14) входит в реактор (1) непосредственно ниже приспособления (7) для равномерной подачи газа.28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что представлен содержащий газосмеситель (22) главный питающий газопровод (19), который разветвляется на питающие газопроводы (14).29. Устройство по любому из пп.15-28, отличающееся тем, что газоотводы (15) входят в реактор (1) непосредственно ниже приспособления (12) для равномерного отвода газов.30. Устройство по любому из пп.15-29, отличающееся тем, что газоотводы (15) соединены в главный газоотвод (18).31. Устройство по любому из пп.15-30, отличающееся тем, что главный газоотвод (18) соединен с главным питающим газопроводом (19).32. Устройство по любому из пп.15-31, отличающееся тем, что трубопровод (20) входит в главный питающий газопровод (19) для подачи кислородсодержащего газа.33. Устройство по любому из пп.15-32, отличающееся тем, что трубопровод (21) входит в главный питающий газопровод (19) для подачи горючего газа.34. Устройство по любому из пп.15-33, отличающееся тем, что трубопровод с запирающим газом (25) входит в зону (4) выгрузки реактора (1).35. Устройство по любому из пп.15-34, отличающееся тем, что в зоне выгрузки (4) расположен бункер-накопитель.36. Устройство по любому из пп.28-35, отличающееся тем, что в случае устройства с двумя реакторами главный газоотвод (18) первого реактора (1) соединен с главным питающим газопроводом (19) второго реактора (1), главный газоотвод (18) второго реактора (1) соединен с главным питающим газопроводом (19) первого реактора (1).