Многозонная печь кипящего слоя для обжига полидисперсного материала Советский патент 1983 года по МПК F27B15/00 F27B15/10 

Изобретение относится к технике эндотермического обжига сыпучих и гр нулированных карбонатных пород и может быть использовано в металлургиче кой, химической и строительной отрас лях промышленности.. Известно, что в печах кипящего ., слоя черной металлургщ интенсификация процесЬа обжига обогащением дутья кислородом до настоящего времени не имела места. В печах кипящего слоя-цветной металлургии, где используется кислород для обогащения дутья, кислородопровод соединяетсяс воздуховодом посредством различного типа смесителей, принцип действия которых заключается в поступлении струй кислорода в Воздушный поток через перфорированную поверхность fl Печи кипящего слоя цветной метал лургии однозонные, работают на неза пыленном дутье. Применение таких смесителей в многозонных печах кипя щего слоя невозможно, так как воздух, поступающий на горение в зону обжига после зон охлаждения обработанного материала/ содержит частицы мелкой высокоактивной пыли, которые приводят к зарастанию отверстий сме сителей или к их забиванию при крат ковременном прекращении подачи кислорода, что .не позволит достичь рав номерного перемешивания воздуха и кислорода. Известно соединение кислородопро вода р газогорелочным устройством, предусматривающее подачу кислорода непосредственно в факел топливовоздушной смеси 2.Однако такое соединение требует разводки кислорода по газовым горелкам, что значительно усложняет конструкцию газогорелочного устройства и систему управления технологическим процессом. Достаточно равномерного распределения кислорода в факеле топливовоздушной струи достичь не удается, а следовательно, не достигается и полное его ис пользование в пределах кипящего слоя. Наиболее близкой к изобретению п технической сущности является многозонная известковообжигательная печь кипящего слоя с зонами, подогрева, обжига и охлаждения, содержа ща газогорелочное устройство и цик лон, установленный между зоной обжи га -и охлаждения З J. ..Однако в известной печи, не исчерпаны все возможности повышения ее производительности. Дальнейшая интенсификация процес са обжига материала, а значит, и увеличение производительности печи возможны при обогащении дутья, подаваемого в зону обжига, кислородом . Производительность печи при застабилизированном аэродинамическом j режиме(постоянном расходе дутья, определяемом размером частиц обрабатываемого материала ) зависит от количества тепла, вводимого с единицей дутья. Обогащение дутья кислоодом приводит к увеличению количества тепла, вводимого с единицей объема, а следовательно, и к росту производительности печи. Кроме того, снижение в дутье процентного содержания азота приводит к снижению удельного расхода топлива, что является дополнительным фактором роста производительности печи./ Целью изобретения является повыщение производительности печи путем равномерного распределения кислорода в дутье. Указанная цель достигается тем, что многозонная печь кипящего слоя для обжига полидисперсного материала, содержащая камеру об..жига с газогорелочным устройством, камеру Ьхлаждения- и цикЛон, установленный между камерой обжига и камерой .охлйждения, снабжена кислородопроводом, подсоединенным к входному патрубку циклона слева по ходу движения воз- ( духЪ при правом исполнении циклона и справа при левом исполнении циклона, при этом отношение эквивалентных диаметров кислородопровода и -входного патрубка циклона равно 0,2-0,4. При описанном соединении кислородопровода с входным патрубком циклона Кислородная струя поступает в циклон в направлении касательной к поверхности внутреннег.о цилиндра циклона. Струя кислорода после попадания в воздушный поток движется в пристеночной области внутреннего цилиндра циклона. Перераспределение кислорода в дутье происходит в .циклоне за счет центробежной силы, увлекающей более тяжелые молекулы кислорода ( 1,43 кг/м )и заставляющей их пронизывать .воздушный-поток (3g 1,29 кг/м )при сопоставимых скоростях движения воздуха и кислорода в циклоне. Таким образом, циклон выполняет двойную функцию: очистки воздуха от высокоактивной пыли извести и перемешивания кислородаи воздуха. Чтобы использовать перемешивание )4олекул более тяжелого газа от центра циклона к его периферии за счет центробежной силы, необходимо выполнить условие подачи струи кислорода ближе к поверхности внутреннего цилиндра циклона, а потока воздуха - ближе к поверхности циклона. Чтобы добить- ся равномерного смешения воздуха и кислорода в дутье, необходимо иметь именно такое поступление кислородной струи в циклон.. Если струя кислорода поступает в центральную область

воздушного потока или в область ближе к поверхности циклона, то не насыщается кислородом область воздушного потока которая находится ближе к поверхности внутреннего цилиндра циклона. Таким образом, необходимое условие для эффективной работы цикло- , на в качестве смесителя - обеспечё|Няе попадания кислородной струи в пристеночную область внутреннего ци1линдра циклона при скорости воздушно-10 го потока, не йревышакидей скорость кислородной струи.

Технологический циклон рассчитывается на турбулентный режим движения воздушного потока со скоростью 15 порядка 10 м/с. При таких скоростях истечения дальнобойность кислородной струи обеспечивает попадание ее в область противоположной к входу стенки патрубка и дальнейшее ее движение вдоль этой стенки причем по длине патрубка кислороди воздух не перемешиваются и поступают в циклон рас,слоённым потоком.

; На фиг. 1 изображена многозонная печь j кипящего слоя для обжига полидисперсного материала; на фиг.2 - подсоединение кислородопровода к -входному : патрубку циклона слева (по ходу дв и|жения воздуха )при правом исполнении циклона, вертикальный а ) и горизон- 0 .тальный (б ) разрезы; на фиг.З - подсоединение кислородопровода к входному патрубку циклона справа (по ходу дв.ижения воздуха) при левом исполнении циклона, вертикальный (а) 35 .и горазонтальный(б )разрезы; на фиг. 4 - график зависимости параметров работы печи, (производитель- ности, расхода кислорода, удельного расхода тепла и температуры вь1гружае-40 мой извести ) от содержания кислорода в дутье при постоянном расходе дутья, т.е. при застабилизированнрм аэродиг намическом режиме работы-зоны обжиг-а... 45

Многозонная печь кипящего слоя для обжига полидисперсного материала содержит камеру 1 обжига с газогоре лочным устройством 2, камеру охлаждения с подкамерами 3 и 4, циклон i 5,установленный между камерой 1 обжи 50 га и камерой охлаждения, кислородопровод; 6, причем последний подключен к входному патрубку циклона слева(по ходу движения воздуха ) при правом

.исполнении циклона и справа при ле- 55 вом исполнении циклона, а отношение эквивалентных диаметров кислородопровода и входного патрубка Циклона состав.ляет 0,2-0,4.

При соотношении эквивалентных диаметров кислородопровода и входно чэ патрубка циклона- меньше 0,2 при . технологических параметрах работ мио гозонной печи кипящего слоя наблюда, ется. сверхзвуковой режим истечения 5

кислородной струи в воздушньй поток, что недопустимо, -так как влечет за ;собой применение дополнительного оборудования и значительно усложняет конструкцию печи. В технике применяюся в основном дозвуковые реяммы работы и технологическое оборудование предусматривает работу в дозвуковых «режимах. ,

Печь работает следующим образом. Материал поступает в камеру 1 обжига, где обрабатывается при высокой температуре и где происходит njprf помщи газогорелочного устройства 2 сжигание топлива в воздухе, обогащенном кислородом.

Воздушный поток, обогащенный кислродом для интенсификации процесса обжига материала в камере 1,.поступает в газогорелочное устройство 2 из воздушного циклона 5, где происходит перемешивание кислорода с воздухо и очистка воздуха после охлаждения в подкамерах 3 и 4 обработанного материала от частиц высокоактивной пыли извести. Кислородопровод б подключен к циклону 5 через боковую отенку iвходного патрубка таким образом, что Ьтруя кислорода попадает в пристеночную область противоположной входу стенки патрубка и, двигаясь вдоль этой , поступает в циклон в направлении касательной к поверхности внутреннего цилиндра циклона и дашее движется в его пристеночной об:ласти. Вследствие разности удельных лвесов кислорода и воздуха за счет центробежной силы молекулыкислорода фоникают в объем воздуха и таким образом на выходе из циклона достигается равномерное перемешивание кислорода и воздуха, т.е. циклон выполняет двойную функцию: очистки воздушного потока от частиц высокоактивной пыли и равномерного распределения кислорода в потоке воздуха. Идущего на jopeHHe.

Обработанный в камере 1 обжига териал поступает в подкамеры 3 и 4, где происходит его охлаждение до 150180 € за счет подачи избыточного воз духа, которой сбрасывается после кАмёры охлаждения. Подача избыточного .воздуха в подкамеры 3 и 4 обусловлена тем, что при интенсификации процесса обжига при застабилизированном аэрсдинамическом режиме производительность пеЧи (фиг.4) увеличивает ся, т.е. темп обжига ускоряется, а время пребывания материала в камерах уменьшается, материал не успевает охладиться до требуемой величины и температура выгружаемой извести резко повышается. Для охлаждения извести до 150-180°С требуется избыточный воздух, который после тодкамеры 3 отводится из печи, так как аэродинамический режим камеры обжига должен оставаться неизменным ( он определяется размером частиц обрабатываемого материала ), Введение кислорода в дутье обеспечивает более интенсивное горение в слое камеры обжига, следовательно, увеличивается и количество тепла, выделившегося из единичного объема газа, поступившего на горение. Следовательно, увеличивается температурный напор, равг ный разности температуры, при которо ведется процесс обжига в камере 1, и теоретической температуры диссоциации известняка. При увеличившемся температурном напоре для достижения достаточной степени обработки материала требуется меньшее время пребывания материала в слое, что и приводит к увеличению производительности печи. Соединение кислородопровода с воздуховодом на входе в цикло , позволяет достичь полного использова ния кислорода в процессе обработки материала ( так как сброс избыточного воздуха осуществляется после камер охлаждения и, таким образом, весь ки (Пород попадает в камеру обжига ) и равномерного распределения кислорода в потоке дутья, а следовательно, и полного его использования в слое к меры обжига. Особенностью такого конструктивного решения является то, что циклон выполняет двойную функцию: очищает воздух, подаваемый на горение, от частиц высокоактивной известковой пыли и равномерно перемешивает кисло род с воздухом. Неравномерное распределение кислорода в потоке дутья Нф обеспечит использование введенного в дутье кислорода в пределах слоя камеры обжига, следовательно, не все тепло будет использовано в процессе обжига, что -практически соответствовало бы (фиг.4 ) меньшей степени обогащения дутья и привело бы к снижению показателей работы печи. Из графика (фиг.4 / видно, что недоиспользование в процессе горения в пределах кипящего слоя 5% кислорода за счет неравномерного распределения кислорода в потоке дутья приводит к снижению производительности на 300 т/сут, увеличению удельного расхода топлива на 7 кг ут.т. на тонну извести. При соотношении эквивалентных диаметров кислородопровода и входного патрубка воздуховода, превышающем 0,4, кислород недостаточно хорошо перемешивается с воздухом в циклоне вследствие того, что массовая скорость кислородной струи меньше массовой скорости воздушного потока и, следовательно, центробежная сила, приложенная к кислородной струе, несмотря на более высокий удельный вес кислорода, недостаточна для перераспределения кислорода в воздушном потоке. . Такое соотношение имеет место при степени обогащения дутья кислородом, не превышающей 28%, которая является «оптимальной для интенсификации процесса обжига на действующих агрегатах, а не только на вновь проектируемых, так как не вызовет существенных конструктивных изменений агрегата, снабжениядополнительной воздуходувкой, увеличения толщины футеровки и др. Изобретение позволит полно использовать кислород при обжиге- материала без непроизводительных потерь при догорании топлива над слоем и при вводе в дутье до сброса избыточного .воздуха, пошедшего на охлаждение обрабатываемого материала. .Продукты сгорания

Кислород 4 Пыль

Bo3ifyx

@ Избыточный

Фм1

Воздух

Фии

и

Пыль

Symi, 70000

20