ПРЯМОТОЧНО-ПРОТИВОТОЧНАЯ РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА ИЗВЕСТНЯКА, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК F27B1/02 

Изобретение относится к прямоточно-противоточной регенеративной печи для обжига известняка, а также к способу ее эксплуатации.

Прямоточно-противоточные регенеративные печи для обжига известняка используются для обжига известняка и состоят, согласно фиг. 1, по меньшей мере из двух шахт 1, 2, которые имеют каждая зону V предварительного нагревания, зону В обжига и зону К охлаждения. Обе шахты соединены друг с другом с помощью перепускного канала 3. Подлежащий обжигу материал подают сверху в обе шахты и удаляют внизу в виде обожженного материала.

Обе шахты работают попеременно в качестве шахты обжига и шахты для отвода газов, при этом в шахту обжига подается воздух для сгорания в прямотоке с материалом и топливом, и при этом возникающие горячие газы вместе с подаваемым снизу, нагретым охлаждающим воздухом направляются через перепускной канал в шахту отвода газов, где отходящие газы направляются в противотоке с материалом вверх и при этом предварительно нагревают материал. После заданного промежутка времени, например 15 минут, функция обеих шахт сменяется, т.е. шахта обжига становится шахтой для отвода газов и наоборот. Этот способ обеспечивает очень эффективный обжиг известняка в прямотоке с газами сгорания и регенеративное предварительное нагревание известняка в противотоке с горячими отходящими газами.

На основании различных возмущающих воздействий, таких как, например, колебания теплотворной способности топлива или колебания потери тепла печи, может быть необходимо регулирование количества топлива. Другое возмущающее воздействие образуют керогенные составляющие части, которые часто содержатся в подлежащем обжигу известняке. При этом речь идет о полимерном органическом материале, который при нагревании выделяет углеводороды. Однако эти керогены распределены в сырье не гомогенно, так что требуется регулирование удельной подачи тепла коксовой печи до 60%, с целью обеспечения постоянного качества продукта.

Качество продукта определяется в первую очередь остаточным содержанием СО₂ обожженного известняка и его реактивностью. Оба параметра должны возможно более постоянно соответствовать заданным номинальным значениям. Эти оба свойства известняка можно было до настоящего времени проверять лишь в готовом продукте, так что осуществляемое в связи с этим регулирование можно было выполнять с задержкой на 12-16 часов (время прохождения материала).

Хотя оператор печи мог посредством измерения температуры в зоне перепускного канала и на основании этого согласования вручную подвода тепла оказывать влияние на качество продукта, однако этот вид регулирования требует большого опыта и тем не менее не всегда приводит к удовлетворительным результатам.

Прямоточная регенеративная печь известна, например, из DE 29 27 834 А1. Кроме того, описание техники измерения и регулирования такой печи приведено в статье H. Ruch “Mess-und Regelungstechnik beim Kalkbrennen”, Zement-Kalk-Gips, том 6/1973, страницы 257-263.

Поэтому в основу изобретения положена задача создания способа эксплуатации прямоточно-противоточной регенеративной печи для обжига известняка, а также прямоточно-противоточной регенеративной печи для обжига известняка, с целью обеспечения с большой вероятностью высокого качества обожженного известняка.

Эта задача решена, согласно изобретению, с помощью признаков пунктов 1 и 13 формулы изобретения.

Согласно изобретению способ эксплуатации прямоточно-противоточной регенеративной печи для обжига известняка, содержащей по меньшей мере две шахты, которые имеют каждая зону предварительного нагревания, зону обжига и зону охлаждения, а также соединяющий обе шахты перепускной канал, состоит по существу из следующих стадий способа:

- использования обеих шахт попеременно в качестве шахты обжига и шахты выпуска отходящих газов,

- подачи в шахту обжига воздуха для сгорания и топлива с образованием пламени соответствующей длины и

- перевода возникающих в печи обжига горячих газов через перепускной канал в шахту выпуска отходящих газов,

- при этом определяют по меньшей мере один характеристический для образования длины пламени параметр горячих газов с помощью непосредственного или опосредованного измерения в зоне перепускного канала, и регулируют отношение топлива к воздуху для сгорания в зависимости от этого параметра, с целью установки заданной длины пламени.

Прямоточно-противоточная регенеративная печь для обжига известняка состоит по существу из:

- по меньшей мере, двух шахт, которые имеют каждая зону предварительного нагревания, зону обжига и зону охлаждения, при этом обе шахты попеременно работают в качестве шахты обжига и шахты выпуска отходящих газов,

- по меньшей мере, одно согласованное с каждой шахтой устройство подачи топлива,

- по меньшей мере, одно согласованное с каждой шахтой устройство подачи воздуха для сгорания,

- соединяющего обе шахты перепускного канала,

- расположенного в зоне перепускного канала измерительного устройства для определения, по меньшей мере, одного параметра горячих газов в перепускном канале, а также

- управляющего устройства, которое соединено с устройством подачи топлива, устройством подачи воздуха для сгорания и измерительным устройством и предназначено для регулирования длины пламени в соответствии со способом, согласно одному или нескольким предшествующим пунктам формулы изобретения.

В основе изобретения лежит понимание того, что реактивность обожженного известняка можно удерживать возможно более постоянной, когда длина образующегося в зоне обжига пламени изменяется возможно меньше, т.е. также удерживается возможно более постоянной. На фиг. 1 показана нормальная длина 1 пламени, при которой пламя образуется вплоть до нижнего конца зоны В обжига и как раз не достигает перепускного канала. В этом режиме работы тепловая энергия распределяется идеально по всей длине зоны обжига шахты обжига. В этом режиме работы правильно установлен избыток воздуха. Слишком короткая длина l₁ пламени, как показано на фиг. 2, приводит к слишком высоким температурам обжига в верхней части зоны В обжига и к качеству продукта с небольшой реактивностью. В этом случае избыток воздуха больше, чем в показанном на фиг. 1 случае. Если избыток воздуха слишком мал, то происходит прорыв пламени через перепускной канал (см. фиг. 3).

Таким образом, длина пламени оказывает непосредственное влияние на реактивность обожженного известняка. За счет непрерывного измерения в зоне перепускного канала и определяемого на основании этого измерения параметра горячих газов, который является характеристическим для длины пламени, можно существенно раньше, чем до настоящего времени, выполнять регулирование, с целью удерживания возможно более постоянной реактивности конечного продукта. До настоящего времени всегда использовали последующее измерение, так что печь могла работать 12-16 часов в неправильном режиме.

Другие варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Характеристический для длины пламени параметр горячих газов можно определять, например, посредством измерения температуры, измерения NO_x и/или измерения СО.

Параметр определяют посредством измерения температуры в зоне перепускного канала. При этом можно использовать, в частности, среднюю температуру горячих газов в перепускном канале с учетом минимальных температур горячих газов в перепускном канале.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения способа, для установки длины пламени в шахте обжига выполняют следующие стадии способа:

а. определения среднего значения температуры горячих газов в перепускном канале,

b. определения среднего значения минимальных температур горячих газов в перепускном канале,

с. определения разницы (ΔТ) обоих средних значений,

d. сравнения разницы с заданным номинальным значением и регулирования подаваемого количества воздуха для сгорания в зависимости от результата сравнения.

При определении среднего значения температуры горячих газов в перепускном канале целесообразно не учитывают заданный промежуток времени в начале и в конце каждого входящего в определение времени обжига, поскольку эти промежутки часто имеют нерегулярности и могут искажать результат.

Кроме того, определение среднего значения минимальной температуры горячих газов в перепускном канале, а также определение среднего значения температуры горячих газов, можно выполнять в течение заданного числа циклов печи. Кроме того, для уменьшения разброса измерительных данных целесообразно, когда в стадиях а) и/или b) способа определяют плавающее среднее значение.

В соответствии со стадией d) способа увеличивают подаваемое количество воздуха для сгорания, когда определяемая разница является слишком большой относительно заданного номинального значения, и уменьшают, когда определяемая разница является слишком малой относительно заданного номинального значения.

Согласно другому варианту выполнения способа, подаваемое количество топлива увеличивают, когда температура горячих газов в перепускном канале является слишком малой и, соответственно, уменьшают, когда температура горячих газов слишком велика.

Для средней температуры горячих газов в перепускном канале задают номинальное значение, которое целесообразно устанавливать в зависимости от пропускной способности печи и/или величины зерна подлежащего обжигу материала. Это номинальное значение служит затем для регулирования количества топлива и/или для регулирования количества воздуха для сгорания.

Ниже приводится более подробное пояснение других преимуществ и вариантов выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - схема прямоточно-противоточной регенеративной печи для обжига известняка с оптимальной образующейся при работе длиной пламени;

фиг. 2 - схема прямоточно-противоточной регенеративной печи для обжига известняка со слишком короткой длиной пламени;

фиг. 3 - схема прямоточно-противоточной регенеративной печи для обжига известняка со слишком длинной длиной пламени; и

фиг. 4 - график изменения температуры в зоне перепускного канала.

Обе шахты 1, 2 показанной на фиг. 1-3 шахтной печи для обжига известняка имеют каждая устройства 4, 5 подачи топлива и устройства 6, 7 подачи воздуха для сгорания. Наряду с обоими устройствами 6, 7 подачи воздуха для сгорания, в верхней зоне предусмотрены также устройства 10, 11 выпуска отходящих газов. Устройства 4, 5 подачи топлива образованы, например, трубками, которые входят в слой материала в зоне перехода между зоной V предварительного нагревания и зоной В обжига. Кроме того, зона K охлаждения снабжается снизу охлаждающим воздухом с помощью устройств 8, 9 подачи охлаждающего воздуха.

При работе в обе шахты 1, 2 подают сверху с помощью не изображенных подающих средств подлежащий обжигу известняк, в то время как готовый обожженный и охлажденный материал удаляют на нижнем конце обеих шахт, так что материал проходит непрерывно сверху вниз. Время прохождения составляет обычно 12-24 часа. Во время обработки обе шахты 1, 2 всегда работают попеременно в качестве шахты обжига и шахты выпуска отходящих газов. В показанном на фиг. 1-3 примере выполнения шахта 1 изображена в качестве шахты обжига. Для этого воздух для сгорания и топливо подают через устройство 6 подачи воздуха для сгорания, соответственно, устройство 4 подачи топлива, так что в зоне В обжига образуется одно или несколько пламеней F.

Для оптимального использования подаваемой тепловой энергии, длина l пламени соответствует длине зоны В обжига. Другими словами, пламя доходит как раз до нижнего конца зоны, предусмотренной в качестве зоны В обжига. Возникающие при сгорании горячие отходящие газы и подаваемый снизу и нагревающийся в зоне К охлаждения охлаждающий воздух направляются в качестве горячих газов через перепускной канал 3 в выполняющую функцию выпуска отходящих газов шахту 2. В этот момент времени в шахту 2 не подают воздух для сгорания и топливо. Таким образом, горячие отходящие газы могут проходить через материал в шахте в противопотоке и отводятся через отводящее устройство 11.

После заданного интервала времени, например 15 минут, отключают подачу воздуха для сгорания и топлива в шахту 1 и открывают устройство 10 для отвода отходящих газов. Одновременно запускают сгорание в шахте 2 посредством подачи топлива через устройство 5 подачи топлива и подачи воздуха для сгорания через устройство 7 подачи воздуха для сгорания. Возникающие затем горячие газы направляют в обратном направлении через шахту 1.

Кроме того, в зоне перепускного канала 3 предусмотрено измерительное устройство 13, которое может быть предназначено, в частности, для измерения содержания NO_x или содержания СО горячих газов 12. Однако оно предпочтительно является устройством для непосредственного или опосредованного измерения температуры горячих газов 12. При этом можно применять, например, термоэлементы, которые находятся в потоке горячих газов 12 или же расположены в зоне стенки перепускного канала 3. Однако особенно подходящим является применение оптического пирометра, с помощью которого температуру горячих газов измеряют опосредованно за счет измерения теплового излучения стенки в перепускном канале. Как раз при пробое пламени, как показано на фиг. 3, за счет цвета пламени обеспечивается возможность обнаружения внезапного, очень характерного выброса в измерительном приборе, который позволяет однозначно и, прежде всего, своевременно судить о нежелательной ситуации.

Измерительное устройство 13 соединено с управляющим устройством 14, которое в свою очередь соединено с устройствами 4, 5 подачи топлива и устройствами 6, 7 подачи воздуха для сгорания и служит для регулирования отношения топлива к воздуху для сгорания в зависимости от определяемого измерительным устройством значения измерения.

Известно, что реактивность обожженного известняка находится в непосредственной взаимосвязи с образующейся в зоне В обжига длиной пламени F. Реактивность обожженного известняка лежит в заданном номинальном диапазоне (имеет номинальное значение), когда пламя доходит до нижнего края зоны В обжига, как показано на фиг. 1. На фиг. 2 и 3 показано рабочее состояние показанной на фиг. 1 печи для обжига известняка при слишком коротком пламени (длине l₁ на фиг. 2) и при слишком большой длине пламени (длине l₂ на фиг. 3).

Изменение длины пламени происходит, например, когда изменяется отношение топлива к воздуху для сгорания. Такое изменение может происходить уже лишь за счет выделения в нерегулярные моменты времени керогенных составляющих частей известняка, за счет чего получаются нежелательные колебания реактивности готового продукта.

После того как изменение отношения топлива к воздуху для сгорания сказывается на длине пламени и тем самым также непосредственно на реактивности конечного продукта, согласно изобретению предлагается определять посредством возможно более раннего измерения параметр горячих газов, который является характеристическим для образующейся длины пламени. Хотя в принципе для этого можно выполнять измерение содержания NO_x или СО, регулирование на основании измерения температуры имеет то решающее преимущество, что не требуется дополнительных измерительных устройств, поскольку и без того требуется измерение температуры.

На фиг. 4 показан измеренный с помощью измерительного устройства 13 ход изменения температуры (верхняя кривая). Нижняя кривая показывает моменты времени, в которые осуществляется обжиг в одной из обеих шахт 1, 2. При температуре 10 сгорание происходит в шахте 1, при температуре 20 - в шахте 2. В показанном примере в каждый период после крутого нарастания температуры происходит ее медленное падение. Однако ход изменения температуры может быть различным от печи к печи, а также очень не регулярным.

В лежащих в основе изобретения испытаниях было установлено, что среднюю температуру горячих газов в перепускном канале с учетом минимальных температур горячих газов в перепускном канале можно использовать для определения параметра, который находится в непосредственной взаимосвязи с образующейся длиной пламени.

Параметр образуется с помощью разницы среднего значения температуры горячих газов в перепускном канале и среднего значения минимальных температур горячих газов в перепускном канале. Эта разница ΔТ температуры затем сравнивается с заданным номинальным значением или номинальным диапазоном и используется для регулирования подаваемого воздуха для сгорания. При этом количество воздуха для сгорания увеличивается, когда определяемая разница слишком велика относительно заданного номинального значения (номинального диапазона), и увеличивается, когда она слишком мала.

При определении среднего значения температуры горячих газов в перепускном канале целесообразно учитывается несколько циклов обжига, при этом в каждом цикле обжига не учитывается заданный промежуток времени в начале и в конце каждого входящего в определение времени обжига. Таким образом, результат не искажается температурами во время фазы переключения обеих шахт.

Согласно другому принципу регулирования, регулируется подача топлива в зависимости от температуры горячих газов в перепускном канале, в частности, в зависимости от средней температуры.

Номинальное значение для определяемого параметра и/или средняя температура горячих газов в перепускном канале целесообразно согласовываются с пропускной способностью печи и/или величиной зерна подлежащего обжигу материала.

За счет подходящего выбора стадии регулирования и задания числа циклов обжига, через которое должна выполняться стадия регулирования, можно осуществлять автоматическое управление печью для обжига известняка, при этом достигается чрезвычайно постоянная реактивность и постоянное остаточное содержание СО₂ в конечном продукте. Последующее определение свойств, таких как реактивность и остаточное содержание СО₂, служит лишь для контроля.

Изобретение относится к способу эксплуатации прямоточно-противоточной регенеративной печи для обжига известняка, содержащей по меньшей мере две шахты, каждая из которых имеет зону предварительного нагревания, зону обжига и зону охлаждения, а также соединяющий обе шахты перепускной канал. Способ включает использование обеих шахт попеременно в качестве шахты обжига и шахты выпуска отходящих газов, подачу в шахту обжига воздуха для сгорания и топлива с образованием пламени соответствующей длины и перевод возникающих в печи обжига горячих газов через перепускной канал в шахту выпуска отходящих газов, при этом в зоне перепускного канала путем непосредственного или опосредованного измерения определяют, по меньшей мере, один характеристический для образования этой длины пламени параметр горячих газов, предпочтительно, разность температур между средней температурой горячих газов в перепускном канале и среднего значения минимальных температур горячих газов в перепускном канале или содержание NO_x и/или содержание СО в отходящих газах в перепускном канале и регулируют отношение топлива к воздуху для сгорания в зависимости от этого параметра для установки заданной длины пламени. Раскрыта также прямоточно-противоточная регенеративная печь для обжига известняка. Обеспечивается повышение качества обожженного известняка. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ обжига известняка в прямоточно-противоточной регенеративной печи, содержащей, по меньшей мере, две шахты (1, 2), каждая из которых имеет зону (V) предварительного нагревания, зону (В) обжига, зону (K) охлаждения и соединяющий обе шахты перепускным каналом (3), включающий
- использования обеих шахт попеременно в качестве шахты обжига и шахты выпуска отходящих газов,
- подачу в шахту обжига воздуха для сгорания и топлива с образованием пламени соответствующей длины и
- перевод возникающих в печи обжига горячих газов через перепускной канал (3) в шахту выпуска отходящих газов,
отличающийся тем, что в зоне перепускного канала (3) путем непосредственного или опосредованного измерения определяют, по меньшей мере, один характеристический для образования этой длины пламени параметр горячих газов, предпочтительно, разность температур между средней температурой горячих газов в перепускном канале и средним значением минимальных температур горячих газов в перепускном канале или содержание NO_x и/или содержание СО в отходящих газах в перепускном канале и регулируют отношение топлива к воздуху для сгорания в зависимости от этого параметра для установки заданной длины пламени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметр определяют посредством измерения температуры в зоне перепускного канала (3).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметр определяют по средней температуре горячих газов в перепускном канале с учетом минимальных температур горячих газов в перепускном канале (3).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметр определяют по содержанию NO_x и/или содержанию СО в отходящих газах.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для установки длины пламени в шахте обжига выполняют следующие стадии способа:
а. определения среднего значения температуры горячих газов в перепускном канале (3),
b. определения среднего значения минимальных температур горячих газов в перепускном канале (3),
с. определения разницы (ЛТ) обоих средних значений,
d. сравнения разницы с заданным номинальным значением и регулирования подаваемого количества воздуха для сгорания в зависимости от результата сравнения.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что при определении среднего значения температуры горячих газов в перепускном канале (3) не учитывают заданный промежуток времени в начале и в конце каждого входящего в определение времени обжига.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что определение среднего значения минимальной температуры горячих газов в перепускном канале (3) выполняют в течение заданного числа циклов печи.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что определение среднего значения температуры горячих газов в перепускном канале (3) выполняют в течение заданного числа циклов печи.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что на стадиях а) и/или b) способа определяют плавающее среднее значение.

10. Способ по п.5, отличающийся тем, что подаваемое количество воздуха для сгорания увеличивают, когда определяемая разница является слишком большой относительно заданного номинального значения, и подаваемое количество воздуха для сгорания уменьшают, когда определяемая разница является слишком малой относительно заданного номинального значения.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что подаваемое количество топлива увеличивают, когда температура горячих газов в перепускном канале является слишком малой, и подаваемое количество топлива уменьшают, когда температура горячих газов в перепускном канале (3) слишком велика.

12. Способ по п.5, отличающийся тем, что для средней температуры горячих газов в перепускном канале (3) задают номинальное значение в зависимости от пропускной способности печи и/или величины зерна подлежащего обжигу материала, которое применяют для регулирования количества топлива и/или регулирования количества воздуха для сгорания.

13. Прямоточно-противоточная регенеративная печь для обжига известняка, содержащая:
- по меньшей мере, две шахты (1, 2), каждая из которых имеет зону (V) предварительного нагревания, зону (В) обжига и зону (K) охлаждения, причем обе шахты (1, 2) предназначены для попеременного использования в качестве шахты обжига и шахты выпуска отходящих газов,
- по меньшей мере, одно согласованное с каждой шахтой устройство (4, 5) подачи топлива,
- по меньшей мере, одно согласованное с каждой шахтой устройство (6, 7) подачи воздуха для сгорания,
- соединяющий обе шахты (1, 2) перепускной канал (3) и
- расположенное в зоне перепускного канала измерительное устройство (13) для определения, по меньшей мере, одного параметра горячих газов в перепускном канале (3), предпочтительно, разности температур между средней температурой горячих газов в перепускном канале и средним значением минимальных температур горячих газов в перепускном канале, или содержания NO_x, и/или содержания СО в отходящих газах в перепускном канале, и
- управляющее устройство (14), которое соединено с устройством (4, 5) подачи топлива, устройством (6, 7) подачи воздуха для сгорания и измерительным устройством (13) и предназначено для регулирования длины пламени при обжиге известняка согласно способу по любому из пп.1-12.