ЦИКЛОННАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2023 года по МПК F27B1/00 F27B15/00 F27B1/20 F27B15/08 

Изобретение относится к устройствам для термообработки сыпучих материалов и может быть использовано в агломерационном и целлюлозно-бумажном производстве, металлургии, утилизации отходов, химической и сахарной промышленности, энергетике, производстве строительных материалов и других отраслях.

Известна установка, состоящая из двух ступенчато расположенных вращающихся печей с самостоятельной подачей топлива и подогретого воздуха, теплообменников барабанного, колосникового или циклонного типов, циклонного пылеуловителя. Данные вращающиеся печи обеспечивают довольно равномерную термообработку материала, имеют высокую производительность (Цибин И.П. и др. Пуск, наладка и теплотехнические испытания печей и сушил огнеупорной промышленности. М., Металлургия, 1978, с. 256).

Недостатком установки является высокий удельный расход топлива (например, для вращающихся известковых печей - 200-220 кг у.т./т), высокий пылеунос материала (10-30%), что вызывает необходимость установки громоздких обеспыливающих систем с циклонными подогревателями и отделителями. Одним из главных недостатков вращающихся печей является ограничение по фракции обжигаемого материала, которая не должна быть менее 10-20 мм.

Для интенсификации процесса термообработки сыпучих материалов могут быть использованы печи циклонного типа.

Известна циклонная печь для производства порошкообразной извести, содержащая цилиндрический корпус с газогорелочными устройствами, центральной загрузкой и нижним выводом дымовых газов и материала (см. а.с. СССР №1502937, опубл. 23.08.1989 г., Бюл. №31).

Недостатком данной конструкции циклонной печи являются:

- вдувание материала воздухом в рабочее пространство снижает возможность регулирования производительности печи и поддержания необходимого температурного уровня процесса обжига;

- при вдувании материала сверху вниз по оси печи, из-за скорости воздушного потока, формируется первоначальный вектор движения частиц материала, направленный вниз, что сокращает время нахождения материала в печи;

- обратные реакции рекарбонизации из-за совместного отвода дымовых газов и обожженного материала из печи, что приводит к ухудшению качества (активности) получаемой извести.

Известна циклонная печь для термической обработки мелкоизмельченного материала, состоящая из цилиндрического корпуса, рабочей камеры, тангенциально расположенных дутьевых сопел с загрузочными устройствами (см. а.с. СССР №1364843, опубл. 07.01.1988 г., Бюл. №1). В рабочей камере коаксиально установлена полая цилиндрическая вставка из термостойкой стали, в верхней части которой установлены газовые сопла. Пылегазовый поток (дымовые газы и обожженный материал) удаляют из печи через газоход.

Недостатком данной конструкции циклонной печи являются:

- вдувание материала в пространство печи воздухом, участвующим в горении топлива, поступающего через фурмы центральной вставки, ограничивает возможность регулирования производительности печи и поддержания необходимого температурного уровня процесса обжига;

- при применении данной конструкции циклонной печи при обжиге карбонатных материалов для получения извести, также будут происходить реакции рекарбонизации с ухудшением качества (активности) конечного продукта из-за совместного отвода дымовых газов и обожженного материала из печи;

- сложность в разделении потоков мелкодисперсного материала и дымовых газов.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является циклонная печь для обжига известняка, содержащая корпус с верхним загрузочным устройством, тангенциально расположенными горелками, центральной газоотводящей трубой, охладителем и нижним разгрузочным устройством (см. а.с. СССР №520500, опубл. 05.07.1976 г., Бюл. №25).

Данный способ принят за прототип.

Недостатками прототипа является:

- выполненный в футеровке корпуса охлаждающий канал усложняет конструкцию прототипа и приводит к выносу из зоны обжига циклонной печи тепловой энергии, что приводит к перерасходу топлива. В настоящее время известно и успешно применяется достаточно большое количество огнеупорных материалов, работающих при температурах выше +1500°С.

- конструкция раструба центральной газоотводящей трубы в сочетании с зонтом-отражателем приводит к уменьшению сечения цилиндрического профиля внутреннего пространства циклонной печи, что приводит к увеличению скорости смеси газового потока продуктов сгорания топлива и обжигаемого материала и увеличению пылевыноса обжигаемого материала из печи;

- неравномерное температурное поле по высоте печи, из-за расположения горелочных устройств только в верхней части печи.

Задача настоящего изобретения состоит в создании такого способа термообработки мелкодисперсного материала, преимущественно карбонатных пород, который позволит реализовать промышленный обжиг:

- карбонатных пород фракции 0-15 мм в виде известняка и доломита в товарную мелкодисперсную известь;

- пылеуноса циклонных и рукавных фильтров вращающихся и шахтных печей обжига известняка и доломита в товарную мелкодисперсную известь;

- гипсового камня фракции 0-15 мм в товарный мелкодисперсный эстрих-гипс;

- карбонатного шлама отвалов шламохранилищ химводоподготовки ТЭЦ в товарную мелкодисперсную известь;

- пиритных огарков (отход переработки железного колчедана (FeS₂, пирита) в серную кислоту) фракции 0-15 мм с получением товарного железорудного концентрата;

- природного магнезита (MgCO₃) фракции 0-15 мм в товарный каустический магнезит MgO.

Поставленная задача решается предлагаемой циклонной печью для термической обработки мелкоизмельченного материала в виде известняка, доломита, гипса, магнезита, пиритных огарков, шлака, содержащая корпус с верхним загрузочным устройством, тангенциально расположенными горелочными устройствами, центральной газоотводящей трубой и нижним разгрузочным устройством, при этом горелочные устройства распределены по высоте и окружности печи, при этом печь выполнена с возможностью ввода материала в печь дозированно, через горелочный тоннель верхнего горелочного устройства.

В частном случае осуществления печь выполнена с возможностью совместной подачи в горелочный тоннель верхнего горелочного устройства мелкоизмельченного материала и дополнительного измельченного топлива.

В частном случае осуществления что печь выполнена с возможностью совместной подачи в горелочный тоннель верхнего горелочного устройства мелкоизмельченного материала и добавки газовой фазы процесса пиролиза или газификации альтернативного топлива - RDF, SRF, TDF или горючих отходов.

Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией циклонной печи обжига мелкодисперсных материалов (Фигура 1). Она состоит из футерованного корпуса печи - 1, загрузочного устройства обжигаемого материала - 2 со шнеком - 3, бункера - 4 и питателя - 5, тангенциально, расположенных по высоте печи горелочных устройств - 6.1, 6.2, 6.3, вставленных в горелочные тоннели - 12, центральной газоотводящей трубы - 7, вентилятора - 8 подачи холодного воздуха в шнековое выгрузное устройство - 16, вентилятора - 9 подачи холодного воздуха в эжектор - 10, дробилки - измельчителя исходного сырья - 11, рабочего пространства печи - 13, гляделки - 14, воздуховода - 15 отвода подогретого воздуха от выгрузного устройства и воздуховода - 21 отвода подогретого воздуха от теплообменника - 19, вентилятора - 20 подачи холодного воздуха в теплообменник, дымососа - 22, пылеосадитьельного циклона - 17 с выгрузным клапаном - 18, мешочного фильтра - 23.

Печь работает следующим образом. Исходное сырье через дробилку-измельчитель 11 подается в приемный бункер загрузочного устройства 2. Совместно с исходным сырьем, с целью снижения расхода технологического топлива, в приемный бункер загрузочного устройства 2 может подаваться дополнительное твердое измельченное топливо, такое как уголь, опилки, шелуха подсолнуха, альтернативное топливо из отходов (RDF, SRF или TDF). Подготовленное сырье загружается сразу в приемный бункер загрузочного устройства 2, откуда шнеком 3 дозированно подается в горелочный тоннель 12 верхней горелки 6.1, и с потоком продуктов сгорания вдувается в рабочее пространство печи 13. Через тангенциальные горелки 6.1, 6.2, 6.3 вводится заранее подготовленная газовоздушная смесь, обеспечивающая циклонный эффект внутри печи. Частицы материала, вдуваемые загрузочной горелкой 6.1, закручиваются потоком, обжигаются и, тормозясь об огнеупорные стенки цилиндрической шахты 1, накапливаются в нижней части печи, откуда постепенно выгружаются выгрузным устройством 16. Выгрузное устройство 16 оборудовано охладителем, в котором тепло готового продукта используется для подогрева воздуха горения, подаваемого вентилятором 8, и идущего на горелочные устройства. Дымовые газы, частично обеспыленные, поступают в центральный газоотводящий канал 7 и отводятся из печи струйным насосом на базе эжектора 10 к пылеосадительному циклону 17, где дополнительно обеспыливаются и поступают в теплообменник 19 для подогрева воздуха горения. В эжектор 10, в качестве эжектирующего агента, подается холодный воздух вентилятором 9, что позволяет частично снизить температуру продуктов сгорания и увеличить объем горячих газов, подаваемых в теплообменник для подогрева воздуха горения. Воздух горения, подаваемый вентилятором 20, проходя через подогреватель 17 и нагреваясь, поступает к горелке 10.

Из бункера 4 через питатель 5 могут дополнительно подаваться совместно с обжигаемым материалом различные добавки или легкие продукты газификации, или пиролиза альтернативного топлива (RDF, SRF, TDF топливо, уголь, опилки, шелуха подсолнуха, лигнины и прочие горючие отходы).

Применение распределенного ввода теплоносителя по высоте печи и окружности печи позволяет иметь равномерное температурное поле в реакционной зоне. Динамичное струйное движение дымовых газов от сгорания топлива и воздуха, подводимых через тангенциально расположенные горелочные устройства, создает центробежно закрученный нисходящий двухфазный поток теплоносителя и материала в печи, что на порядок увеличивает время нахождения частиц обжигаемого материала в реакционной зоне печи. Тангенциальная подача материала через горелочный тоннель вместе с продуктами сгорания позволяет придать центробежное ускорение частицам материала, что дополнительно увеличивает время нахождения частиц обжигаемого материала в реакционной зоне печи. Данное техническое решение позволяет расширить фракционный состав обжигаемых частиц, снизив тем самым затраты на сепарацию материала при помоле, затраты на его улавливание из дымовых газов и их последующее обеспыливание. Обжиг карбонатных пород совместно с подаваемыми на дожигание газами от пиролиза и газификации альтернативного топлива дает частичную нейтрализацию поллютантов (сера, галогениды и другие) в потоке взвешенного разогретого мелкодисперсного оксида кальция.

В процессе натурных испытаний пилотной обжиговой печи циклонного типа производства ООО «НПО «Наукоемкие Технологии» (ИНН 7804451380) была определена наиболее подходящая фракция отсева флюсового известняка для обжига в товарную известь, это 0,2-0,4 мм. Фракция 0-0,2 мм в таких режимах обжигается намертво, поэтому ее необходимо обжигать на такой же циклонной печи, но при других, более мягких режимах (температура факела горелки не более +1000°С). Также была подтверждена целесообразность установки эжектора на выходе из печи для создания дополнительного разрежения при эвакуации дымовых газов и их частичного охлаждения.

Изобретение относится к устройствам для термообработки сыпучих материалов и может быть использовано в агломерационном и целлюлозно-бумажном производстве, металлургии, утилизации отходов, химической и сахарной промышленности, энергетике, производстве строительных материалов и других отраслях. Циклонная печь для термической обработки мелкоизмельченного материала в виде известняка, доломита, гипса, магнезита, пиритных огарков, шлака содержит корпус с верхним загрузочным устройством, тангенциально расположенными горелками, центральной газоотводящей трубой и нижним разгрузочным устройством, при этом горелочные устройства распределены по высоте и окружности печи, а печь выполнена с возможностью ввода материала в печь дозированно, через горелочный тоннель верхнего горелочного устройства.. Достигаемый технический результат: повышение качества готового продукта, возможность обжига сырья широкого фракционного состава до 15 мм, 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Циклонная печь для термической обработки мелкоизмельченного материала в виде известняка, доломита, гипса, магнезита, пиритных огарков, шлака, содержащая корпус с верхним загрузочным устройством, тангенциально расположенными горелочными устройствами, центральной газоотводящей трубой и нижним разгрузочным устройством, отличающаяся тем, что горелочные устройства распределены по высоте и окружности печи, при этом печь выполнена с возможностью ввода материала в печь дозированно, через горелочный тоннель верхнего горелочного устройства.

2. Циклонная печь по п.1, отличающаяся тем, что печь выполнена с возможностью совместной подачи в горелочный тоннель верхнего горелочного устройства мелкоизмельченного материала и дополнительного измельченного топлива.

3. Циклонная печь по п.1, отличающаяся тем, что печь выполнена с возможностью совместной подачи в горелочный тоннель верхнего горелочного устройства мелкоизмельченного материала и добавки газовой фазы процесса пиролиза или газификации альтернативного топлива - RDF, SRF, TDF или горючих отходов.