Печь кипящего слоя для обжига известняка Российский патент 2004 года по МПК F27B15/00 C04B2/10 

Изобретение относится к технике эндотермического обжига полидисперсных карбонатных материалов в кипящем слое и может быть использовано в металлургической, химической и строительной отраслях промышленности.

Известен теплообменник для термообработки карбонатсодержащих материалов, в частности охлаждения извести, в кипящем слое, включающий вертикальную шахту с газораспределительной перфорированной плитой, снабженной изоляционной вертикальной камерой, установленной на газораспределительной плите конгруэнтно стенкам шахты (Патент России № 1673814, МКИ³ F 27 B 15/00, 1993).

К недостаткам известного теплообменника следует отнести его низкую тепловую эффективность, поскольку в воздушный зазор, образованный шахтой и изоляционной камерой, направляется воздух в избыточном количестве по отношению к технологически необходимому для охлаждения извести, что приводит к росту энергетических затрат, сопоставимому со стоимостью (исключаемой по известному изобретению) сменной огнеупорной футеровки. В варианте заполнения зазора известью или нейтральным, по условиям процесса, материалом потребуются дополнительные энергетические затраты на его псевдоожижение, кроме того, потребуется периодическая догрузка материала в зазор для компенсации его потерь из-за истирания, что приведет и к дополнительному расходу нейтрального материала или извести, в варианте использования известного теплообменника в качестве зоны ее охлаждения.

Известна известеобжигательная печь кипящего слоя производительностью 1000 т/сут для обжига известняка класса 0,012-0,025 м, содержащая размещенные в отдельных корпусах зону обжига с газогорелочным устройством и подрешеточной камерой, зону охлаждения с газораспределительной решеткой и подрешеточной камерой, воздуховод, подключенный к зоне охлаждения, воздуховод, связывающий надслоевое пространство зоны охлаждения с газогорелочным устройством зоны обжига, клапанные переточные устройства гравитационного типа, предназначенные для передачи материала из надрешеточного пространства зоны обжига в надслоевое пространство ниже расположенной зоны охлаждения (Нехлебаев Ю.П. и др. Пятизонная известеобжиговая печь кипящего слоя производительностью 1000 т/сут. Реферативная информация. Сер. “Промышленность автоклавных материалов и местных вяжущих”, вып.8. М., 1976, с.33-36). Данная печь выбрана в качестве прототипа.

К недостаткам известной печи относятся следующие. Через воздуховод, подключенный к газогорелочному устройству зоны обжига, из надслоевого пространства зоны охлаждения воздушным потоком интенсивно уносятся пылевидные частицы извести, имеющие скорость витания, меньшую, чем скорость воздуха. Интенсивность этого уноса определяется режимом псевдоожижения. Наличие в зоне охлаждения известной печи плоской перфорированной решетки и использование относительно крупного (0,012-0,025 м) сырья предполагает наличие кипящего слоя частиц, характеризуемого числами псевдоожижения от 1,3 до 2,0 (также см. Патент России №1762095, МКИ³ F 27 B 15/00, 1990). Этот режим охлаждения, наряду с интенсивным истиранием частиц и пылеобразованием, характеризуется значительной незавершенностью теплообмена между воздухом (60-100°С), и известью (950-1050°С). При этом разность температур между кипящим слоем извести и отходящим из него воздухом достигает 150-200°С (см. Айнштейн В.Г. и др. Псевдоожижение. М.: Химия, 1991, с. 123-132; Тодес О.М. и др. Аппараты с кипящим зернистым слоем. Л.: Химия, 1981, с. 129-139; Сыромятников Н.И. и др. Тепло- и массообмен в кипящем слое. М.: Химия, 1967, с.67-73). Расход условного топлива по печи-прототипу составляет 158-175 кг/т/ извести. Унос, в силу указанных ниже причин, составляет в зоне охлаждения известной печи 8-10% от массы поступающей извести, что, с одной стороны, затрудняет работу газогорелочного устройства зоны обжига, по причине забивания его воздушных отверстий, либо заставляет (в качестве вынужденной меры) прибегать к увеличению их диаметра, что приводит к нарушению режима псевдоожижения также и в зоне обжига, с аналогичными негативными последствиями, а с другой стороны, приводит к собственно потере материала с соответствующим перерасходом теплоты и, поскольку с пылью удаляется наиболее качественная часть продукта (верхние слои извести), то и к снижению качества готовой продукции.

Другим существенным недостатком известной печи является то обстоятельство, что в подрешеточной камере зоны охлаждения, в результате просыпа сквозь отверстия перфорированной решетки из-за флуктуации кипящего слоя в процессе эксплуатации и во время остановок печи, происходит накопление извести, нарушающее газодинамическую обстановку как в подрешеточной камере зоны охлаждения, так и в самой зоне охлаждения, ведущее к простоям печи для чистки подрешеточной камеры, и к потерям готовой продукции.

В основе данного изобретения лежит решение задачи по усовершенствованию конструкции печи кипящего слоя для обжига известняка путем изменения сочетания принципов подачи сжижающего воздуха в зону охлаждения и разгрузки извести, оптимизации конструкции газораспределительной решетки зоны охлаждения, изменения функции подрешеточной камеры и места расположения верхнего среза переточного устройства из зоны охлаждения, за счет чего и обеспечивается снижение расхода топлива на процесс, повышение качества и выхода извести.

Поставленная задача достигается тем, что в печи кипящего слоя для обжига известняка:

1. Газораспределительная решетка зоны охлаждения выполнена трубами с перфорированными боковыми поверхностями, установленными горизонтально с зазором между собой и с корпусом зоны охлаждения, причем воздуховод соединен с зоной охлаждения через отверстия перфорированных труб с торцами, расположенными вне корпуса зоны охлаждения, а вход переточного устройства для выгрузки извести из зоны охлаждения расположен в нижнем основании ее подрешеточной камеры.

2. Перфорация боковой поверхности труб газораспределительной решетки зоны охлаждения выполнена снизу.

3. Зазор труб газораспределительной решетки зоны охлаждения между собой и с корпусом зоны охлаждения составляет 4-12 максимальных размеров частиц обрабатываемой извести.

Техническим результатом от использования предлагаемой конструкции печи кипящего слоя для обжига известняка является повышение ее эксплуатационных характеристик, выражающееся в обеспечении устойчивого технологического процесса в более оптимальном диапазоне изменения (1,0-1,3) чисел псевдоожижения по сравнению с прототипом (1,3-2,0). Также устранена необходимость чистки подрешеточной камеры от скопившегося материала, поскольку изменены ее функции и вся продукция специально транспортируется через нее. Улучшению эксплуатационных характеристик способствует также выполнение перфорации труб снизу (исключение забивания воздушных отверстий, увеличение высоты зоны теплообмена, равномерность распределения воздуха по сечению зоны). Выполнение зазоров труб газораспределительной решетки зоны охлаждения между собой и с корпусом зоны охлаждения равным 4-12 максимальных размеров частиц обрабатываемой извести, с одной стороны, обеспечивает беспрепятственное просыпание охлаждаемой извести в указанные зазоры (принцип работы газораспределительных решеток “провального” типа), т.е. стабильную разгрузку зоны охлаждения, а с другой - минимальное удаление воздушных отверстий решетки зоны охлаждения друг от друга, при котором не нарушается равномерная подача воздуха по сечению зоны охлаждения.

Результатом перечисленных мероприятий является снижение расхода топлива, повышение качества и выхода извести.

На чертеже представлен общий вид предлагаемой конструкции печи кипящего слоя для обжига известняка. Печь содержит зону обжига 1 - газогорелочное устройство зоны обжига 1 с газовыми горелками 2 и воздушными отверстиями 3, зону охлаждения 4, расположенную в отдельном корпусе, воздуховод 5, установленный между зоной обжига 1 и зоной охлаждения 4, подрешеточную камеру 6 зоны охлаждения 4, газораспределительную решетку зоны охлаждения 4, набранную из горизонтальных труб 7 с воздушными отверстиями 8, воздуховод 9, подключенный к торцам труб 7, переточное устройство 10 из зоны обжига 1 в зону охлаждения 4, переточное устройство 11 из зоны охлаждения 4 для выгрузки готовой продукции, вход которого расположен в нижнем основании подрешеточной камеры 6 зоны охлаждения 4, регулятор подачи воздуха 12 в подрешеточную камеру 6 зоны охлаждения 4, подрешеточную камеру 13 зоны обжига 1.

Предлагаемая печь работает следующим образом.

Дробленый известняк, например крупностью 0,003-0,012 м, загружается в зону обжига 1, где обжигается на известь, которая переточным устройством 10 перегружается в зону охлаждения 4, расположенную в отдельном корпусе, и, после охлаждения, переточным устройством 11 выгружается из печи. Воздух на охлаждение извести подается воздухопроводом 9 через торцы труб 7 и воздушные отверстия 8. Через воздуховод 5 нагретый воздух последовательно направляется в подрешеточную камеру 13 зоны обжига 1, и через газораспределительную решетку 3 зоны обжига 1, к газогорелочному устройству 2 зоны обжига 1, далее нагретый воздух смешивается с топливом-газом. Полученная газовоздушная смесь сгорает непосредственно в кипящем слое зоны обжига 1. Геометрические и конструктивные параметры зоны охлаждения 4, труб 7, отверстий 8, расстояния между трубами 7, диаметры воздуховодов 9, 12, высота и конусность подрешеточной камеры, расход воздуха через воздуховод 9, извести через зону 4, диаметр частиц извести, охлаждаемой в зоне 4, обеспечивают номинальную скорость воздуха в кипящем слое зоны 4 с числами псевдоожижения на уровне 1,05-1,10 (кратковременно, в периодическом режиме, - допускается до 1,3). В случае возникновения нештатной технологической ситуации либо выхода числа псевдоожижения за пределы указанного интервала по причинам иного характера расход воздуха в зону 4 регулируется путем увеличения или уменьшения его расхода через воздухопровод 9 посредством регулятора 12 в ручном или автоматическом режиме. Следует отметить, что колебания режима псевдоожижения в зоне охлаждения 4 предлагаемой печи не препятствуют сходу материала через переточное устройство 11, как это имеет место в печи-прототипе, когда при нарушениях режима псевдоожижения (превышение массы кипящего слоя над расчетной, увеличение диаметра частиц загружаемого материала при закрупнении исходного известняка, попадание инородных тел, залегание слоя и т.д.) происходит либо продув переточного устройства 11 со стороны зоны 4, либо зависание материала в нем.

Устранение недостатков, характерных для режима псевдоожижения зоны охлаждения 4 и режима выгрузки материала из нее по прототипу, позволяет снизить незавершенность теплообмена между воздухом и поступающей на охлаждение известью таким образом, что разность температур кипящего слоя зоны охлаждения 4 и воздуха, идущего на горение в зону обжига 1 из надслоевого пространства зоны охлаждения 4, снизится со 150-200 до 50-100°С. Кроме того, увеличится температура воздуха, поступающего на горение топлива со 300-340 до 370-400°С, что также сокращает потери топлива на процесс обжига и тепловые потери печи в целом. Предлагаемое изобретение применительно к условиям ОАО “Тагмет” позволит обеспечить технологические показатели, представленные в таблице.

Качество извести, оцениваемое по суммарной доле оксидов кальция и магния, соответственно увеличится на 1,5-2,0%. Также на 5-7% возрастет межремонтный период эксплуатации печи. Применительно к условиям ОАО “Тагмет” выполнение зазора труб газораспределительной решетки зоны охлаждения между собой и с корпусом зоны охлаждения равным 4 максимальным размерам частиц обрабатываемой извести (12 мм) соответствует 48 мм. В этом случае удовлетворяются условия функциональной надежности решетки “провального” типа, что подтверждается опытами, проведенными в условиях печи КС-55 ОАО “Тагмет”. Соответственно выполнение зазора труб газораспределительной решетки зоны охлаждения между собой и с корпусом зоны охлаждения равным 12 максимальным размерам частиц обрабатываемой извести (12 мм) соответствует 144 мм, что соизмеримо с шагом перфорации (125-250 мм) газораспределительной решетки зоны охлаждения. При этом сохраняется равномерность распределения воздуха по сечению зоны охлаждения, что подтверждается равенством температур, фиксируемых термопарами, установленными по периметру зоны охлаждения печи КС-55 ОАО “Тагмет”.

Изобретение относится к технике обжига материалов в кипящем слое и может быть использовано в металлургической, химической промышленности и промышленности строительных материалов. Печь кипящего слоя для обжига известняка содержит размещенные в отдельных корпусах зону обжига с газогорелочным устройством, газораспределительной решеткой и подрешеточной камерой и зону охлаждения с газораспределительной решеткой и подрешеточной камерой, сужающейся вниз, переточное устройство для выгрузки извести из зоны охлаждения, воздуховод, соединяющий зону охлаждения с подрешеточной камерой, газораспределительной решеткой и газогорелочным устройством зоны обжига, воздуховод, соединенный с зоной охлаждения. Газораспределительная решетка зоны охлаждения выполнена трубами с перфорированными снизу боковыми поверхностями, установленными горизонтально с зазором в 4-12 максимальных размеров частиц обрабатываемой извести между собой, и с корпусом зоны охлаждения. Воздуховод соединен с зоной охлаждения через отверстия перфорированных труб с торцами, расположенными вне корпуса зоны охлаждения. Вход переточного устройства для выгрузки извести из зоны охлаждения расположен в нижнем основании ее подрешеточной камеры. Технический результат: усовершенствование конструкции печи, снижение расхода топлива, повышение качества и выхода извести. 1 ил., 1 табл.

Печь кипящего слоя для обжига известняка, содержащая размещенные в отдельных корпусах зону обжига с газогорелочным устройством, газораспределительной решеткой и подрешеточной камерой и зону охлаждения с газораспределительной решеткой и подрешеточной камерой, сужающейся вниз, переточное устройство для выгрузки извести из зоны охлаждения, воздуховод, соединяющий зону охлаждения с подрешеточной камерой, газораспределительной решеткой и газогорелочным устройством зоны обжига, воздуховод соединенный с зоной охлаждения, отличающаяся тем, что газораспределительная решетка зоны охлаждения выполнена трубами с перфорированными снизу боковыми поверхностями, установленными горизонтально с зазором в 4-12 максимальных размеров частиц обрабатываемой извести между собой и с корпусом зоны охлаждения, причем воздуховод соединен с зоной охлаждения через отверстия перфорированных труб с торцами, расположенными вне корпуса зоны охлаждения, а вход переточного устройства для выгрузки извести из зоны охлаждения расположен в нижнем основании ее подрешеточной камеры.