Способ термической обработки сыпучих материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК C21B13/00 

2, Устройство для термической об работки сыпучих материалов по п. 1, содержащее печь со ступенчатым подом и расположенные а нем гаэотопливны подводы, камеры сжигания с соплами и рабочую камеру с горелочными узлами, отличающееся тем, что рабочая камера снабжена поперечной разделительной стенкой с переточя ным окном, а газотопливные подводы снабжены узлом пульсирующей подачи газа.

1. Способ термической обработки сыпучих материалов, включающий подэму материала, топлива, окислителя, сжигание топлива и транспортировку шихты Во взвешенном состоянии при помощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффекТив-: ности процесса путем разделения функций транспортирования, нагрева и создания оптимального газового потенциала и исключения забивания подовых сопел, в них подают топлива от общего расхода и осуществляют пульсирующее сжигание с частотой 0,20,5 Гц, а 90-95 топлива сжигают в горелках в зоне боковых стенок /или в своде печи. DO CD СО Ф Од

Изобретение относится к металлургии, а конкретно к процессам восстановительного обжига железорудных материалов, и может быть использовано в других отраслях техники при обра7 ботке сыпучих сред. Известны способы термической обра ботки железорудных материалов ОЭти способы включают в себя подачу материала через загрузочное устройство, транспортировку его в агрегате, нагрев в газовой среде заданного состава и выгрузку СО Однако эти способы имеют недостаточную эффективность и качество готового продукта. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ включающий подачу материала и топлива, сжигание газообразного toпливa и транспортиров ку шихты во взвешенном состоянии при помощи газовых струй через ступенчаты под, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта С 2 3. Известно устройство для термическо обработки сыпучих материалов, содержа ,щее печь со ступенчатым подом и рас;пОложенными в нем газотопливными под;водами, камерами сжигания с соплами, рабочую камеру с горелочными узлами. В печь загружают сыпучий матери- ал, который падает на подину, выполненную в виде ступеней, во впадинах которых установлены сопла для подачи воздуха и топлива. Скатываясь по наклонным плоскостям ступеней, материал попадает к устью сопел, подхватывается высокоскоростным noTjOKOM воздуха или газовоздушной смеси и подбрасывается к своду. Сопла в печи устанавливают под углом к вертикали. Это обеспечивает переброс материала от одного ряда сопел к другому и постепенное продвижение его по печи от загрузочного к разгрузочному устройству. В соп|ла первых рядов по ходу материала подают только горячий воздух,в сопла последних рядов вместе с воздухом подают газ и они работают как горелочные устройства. Продвигаясь по печи, материал должен последовательно пройти зону действия воздушных сопел и зону действия горелок. При этом должна удалиться внешняя и гидратная влага, а также пройти процессы восстановления. Для обеспечения перебрасывания сыпучего материала, сопла работают с высокими скоростями истечения воздуха и газовоздушных смесей. Для руд Лисаковского месторождения .эти скорости достигают 100-120 м/с. В ступенях подины выполнены дополнительные камеры сгорания, соединенные каналами с рабочей камерой. Продукты сгорания из камер подводятся к устью основных сопел С2 } Существующий способ и устройство для его осуществления имеют ряд недостатков, главным из которых является необходимость выполнения подовыми соплами двух несовместимых функций: транспортировки материала и топливосжигающего устройства. Подовые сопла для транспортировки материала должны обеспечивать истечение в рабочий объем высокоскоростных струй с возможно равномерным полем скоростей по сечению. При таких условиях наблюдается плохое перемешивание газа с воздухом на начальном участке факела. Фронт воспламенения отрывается от устья горелки и при скоростях истечения около 100 м/с воспламенение смеси осуществляется на своде печи. Для промышленной печи такой конструкции Лисаковского горно-обогатительного комбината отрыв факела составлял до 10 м. Такой отрыв факела недопустим по условию безопасной работы горелки. По существу, все горение с6средоточено под сводом, а в объеме печи существуют участки с газовоэдушной несгоревшей смесью, воспламенение которой может привести к взрыву, что и имело место. Для обеспечения устойчивого горения необходимо иметь более низкие скорости истечения, что противоречит требованиям по транспортировке материала. Трудность заключается также в том, что необходимо регулиро|вать производительность печи по ма- |Териалу и регулировать тепловой режим

|одним и тем ж€ инструментом - расходом газовой,среды из подовых сопел,При этом могут быть такие ситуации; когда необходимо увеличить производительность печи, оставив без изменения 20 или даже уменьшить уровень температур в рабочем объеме. Для этого необходимо увеличить скорости истечения газа и воздуха из сопел, чтобы увеличить транспортную способность печи, ив то же время уменьшить их,или оставить без изменения для регулирования уровня температур. Недостатком способа и конструкции является невозможность обеспечения восстановительной атмосферы в печи. Это обусловлено тем, что, хотя и предусмотрено разделение объема печи .на технологические зоны за счет подачи в первой половине печи через сопла только воздуха, а во второй .половине печи топливовоздушной смеси, в действительности такого разделения нет. В объеме печи происходит интенсивное, перемешивание всех подаваемых в нее газовых компонентов. В объеме печи, где через подовые сопла вдувается , газовоздушная смесь с коэффициентом , расхода воздуха 0,6-0,7, дёйствительг ный коэффициент расхода воздуха, при котором происходит горение, как усТЭ,новлено на опыте, около 2,0. Это про исходит за счет прникновения в пред полагаемую зону восстановления кисяо|рода из зоны, где установлены воздушные фурмы.. Недостатком способа и конструкций является возможность попадания сЫпу чего материала в сопла. Это приводитк забиванию сопеЛ И вынужденной остановке печи. Целью способа является повышение эффективности процесса путем разделения функций транспортирования, нагретоплива сжигают в горелках в зоне боковых стенок и/или на своде печи.

В устройстве для термической обработки сыпучих материалов, содержащем ва и создания оптимального газового потенциала, а также исключения забива ния подовых сопел. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки сыпучих материалов, включающему подачу материала и топлива, сжигание газообразного топлива и транспортировку шихты во взвешенном Ьбстоян и при помощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта, в подовые сопла подают 5-10% толлива от общего расхода и осуществляют пульсирующее сжигачие с частотой 0,2-0,5 Гц а 90-95 печь со ступенчатым подом и расположенными в нем газотопливными подвода-., ми, камерами сжигания с соплами и рабочую камеру, с горелочными устройствами, рабочая камера снабжена поперечной разделительной стенкой с переточным окном, а газотопливные подводы снабжены узлом пульсирующей подачи газа.При расходах топлива на подовые сопла менее 5, последниене обеспечивают метание сыпучего материала, на высоту, достаточную, чтобы время полета частиц соответствовало времени протекания процессов нагрева и восстановления. При расходах газа более 10 метаемый материал достигает свода, что может способство,вать абразивному износу последнего. При работе устройства выстреливаемый материал вылетает из рабочего конца камеры в виде плотного пакета, сопровождаемого потоком продуктов сгорания. При движении вверх происхо- . дит постепенное торможение и рассеивание частиц. После достижения частицами высоты 7-9 м происходит свободное падение их на под. Период полета частиц составляет около 2,5с. Затем частицы снова попадают в импульсную камеру и процесс повторяется. Таким образом импульсные камеры не создают взвешеннь|й слой материала на определенной вьГсбте, а только осуществляют его переброс. При частоте импульсов менее р,2 Гц не обеспечивается взвешенное состояние материала. Часть его задерживается на плоскостях гребней, образуется плотный слой, что затрудняет процесс термообработки« При частоте импульсов более 0,5 Гц сыпумий материал в необ;(ддимом количестве не успевает проникнуть в подовое сопло и при импульсном истечении газов из него про- j Исходит разброс материала, а.не направленный выброс его в сторону свода..

.На-фиг. 1 изображена печь, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А to |на фиг. 1; на фиг. 3 - импульсная камера.

Печь имеет камеру 1, загрузочное 2 и разгрузочное устройство 3, под , выполненный в виде ступеней, во впади-15 нах 5 которых установлены сопла 6, соединенные с импульсныь камерами . . пульсирующего горения 7, и горелки и/или радиационнае нагреватели 8, установленные на боковых стенках или 20 на своде.

Печь имеет подводы 9 топливоокислительной смеси в импульсные камеры и подвод (каналы) 10 к горелочным устройствам. Возможное сюложение об- 25 рабатываемого материала Л в импульсной камере обозначено заштрихованной областью. Печь имеет каналы 12 и 13 для подвода и отвода газовой атмосферы и поперечную разделительную стенку И с переточным окном 15.

В качестве боковых или сводовых горелок могут быть использованы любые известные устройства, обеспечивающие получение теплоносителя с регу лируемой температурой и составом или при необходимости муфелировать факел (например радиационные трубы).

Способ термической обработки сыпучих материалов и работа устройства осуществляется следующим образом.

Материал засыпается в печь через загрузочное устройство 2 и падает на ступенчатый под Л, во впадину 5, при этом, проникая в сопло 6. Одновремен но в импульсную камеру по каналу Э подводят то пли воо ки слител ьную смес ь. После заполнения всей камеры смесью производят зажигание ее от электрического или иного запального устройства. Распространяясь в камере с высокой скоростью фронт горения генериует ударную волну, которая;,воздейст вуя на находящийся в вопле сыпучий материал 11, выбрасывает его в рабочий объем печи 1. При этом происхо- 55 ит также истечение продуктов горения з импульсной камеры. Импульсное пульирующее сжигание осуществляют одно.временно во всех подовых соплах. Изменяя частоту импульсов в интервале 0,2-0,5 Гц, регулируют время пребыва-. ния сыпучего материала во взвешенном состоянии. Таким образом, в печь осуществляют непрерывную загрузку сыпучего материала; работающие импульсные камеры пере.водят его во взвешенное состояние и транспортируют к разгрузочному ycTpojiCTBy, расходуя при этом 5 10% подводимого в печь топлива. Оставшуюся часть топлива (90-35) подводят и сжигают в горелках и/или в радиационных нагревателях 8, установленных в рабочем объеме печи. Продукты сгорания топлива при определенных режимах работы могут быть экранированы стенками нагревателей от рабочего пространства печи, в которое может подводиться контролируемая атмосфера.

Сыпучий материал, находясь во взве шенном состоянии, нагревается продуктами сгорания .и/или от радиационных поверхностей нагрева. Часть тепла подводится к материалу при импульсном выбросе продуктов сгорания из подовых сопел.

Продвигаясь по Печи, сыпучий материал последовательно проходит две камеры, на которые делит рабочий объем поперечная стенка. В камере, прилегающей к загрузочному отверстию, топливосжигающие устройства обеспечивают интенсивное горение и интенсивную сушку с удалением гидратной влаги. При этом состав атмосферы и температуры в камере могут быть выбраны только из условий сушки и нагрева материала. Высушенный материал через переточное окно 15 попадает во вторую камеру, в которой горелочныё устройства обеспечивают получение вое становительных газов с необходимой концентрацией СО и Н2. Дымовые газы из второй камеры могут удаляться по каналу 13 или через переточное окно 15 проникать в первую камеру, из которой после дожигания горючих компонентов удаляются по самостоятельному каналу (не показан).

Нижней частью окна 15 является покатый гребень пода «. Причем верхняя и нижняя части плоскости гребня находится в разных зонах печи.

Материал, падая вдол стенки Ц в начальной зоне печи, попадает на покатый гребень и скатывается по нему в приемную воронку метательной камеры уже за стенкой в другой зоне печи. 710 Угол наклона гребня к горизонту выбирается больше, чем угол естественного откоса для данного материала. Часть печной контролируемой атмосферы отводится для очистки от продуктов горения и реакции восстановления Для уменьшения загрязнения печной ат ,мрсферы а импульсных камерах в, качёстве топлива может использоваться водород, а в качестве окислителя кислород. В печи могут осуществляться различные технологические процессы. При сушке материала или окислительном обжиге в импульсных камерах осуществляют пульсирующее горение, при коэффициенте расхода воздуха больше единицы. Допустима также установкабоковых и сводовых горелок с открытым пламенем,. При восстановительном обжиге железных руд режим работы печи зависит от требуемой степени восстановления. Например, при магнетизирующем обжиге импульсные камеры работают при коэффициенте расхода воздуха 0,8-0,9. 06ра ующиеся продукты сгорания содержат до 5% СО и Н2. Основной нагрев железной руды осуществляется за счет сжигания газа в боковых горелочных устройствах, которые обеспечивают регули руемый состав и температуру продуктов сгорания. Для этой цели могут быть использованы устройства для сжигания. При более высокой степени восстановления, например при металлизации, могут использоваться радиационные трубчатые нагреватели. Возможна одновременная работа и горелок с открытым низкотемпературным факелом, и радиационных нагревателей при установке их в соответствующей зоне печи. Функции нагрева и транспортирования материала выполняются разлИ14ныни элементами печио Это, в отличие от базового варианта, позволяет регулировать температурный, режим и производительность печи независимо друг от. друга. Транспортирующие устройства не тре буют для нормальной работы строгой классификации материала по крупности 6 В отличие от базового варианта в рабочем объеме печи обеспечивается контролируемая атмосфера с необходимыми параметрами по составу газов и температуре. Обеспечивается надежное дожигание горючих компонентов. Это позволяет обеспечивать протекание заданного технологического процесса и исключает опасность взрыва. Попадание сыпучего материала в сопла перестает быть недостатком, что. имеет место в базовом варианте, и становится, наоборот, желательным и Даже необходимым условием работы. Забивание сопел исключается. Более того, как показали исследования, полностью засыпаниз входного участка сопла 6 и вп.адйны 5. не является аварийной ситуацией. Так как импульсные камеры способны поднять материал и пере вести его во взвешенное состояние. Перечисленные преимущества позволяют ожидать существенный техникоэкономический эффект от внедрения предложения по сравнению с базовым вариантом. Сокращение уноса пыли из печи за счет сокращения расхода газов на /,Л, транспортирование мат.ериала,так в отличие от базового варианта в предлагаемом способе и конструкции расход газов на транспортирование составляет лишь от общего их расхода на печь; увеличение производительности печи, так как в базовом варианте увеличение производительности печи лимитируется, главным образом, резким увеличением пылевыноса при увеличении расхода тазов на транспортирование материала; улучшение качества готового продукта за счет создания в печи , атмосферы, регламентированной по составу, температуре и соответствующей требованиям технологии. Экономический эффект в денежном выражении может быть подсчитан после реализации предложения для конкретного технологического процесса термообработки. Работоспособность отдельных элементов конструкции,например}, импульсной . метательной камеры проверена в стендовых условиях.

70 ff

Фиг. Г

А-А

ff

.2