Многозонная печь кипящего слоя для обжига полидисперсного материала Советский патент 1992 года по МПК F27B15/00 

Изобретение относится к аппаратурному оформлению печи кипящего слоя и может быть использовано в металлургической, химической промышленности и промышленности строительных материалов.

Известна многозонная печь кипящего слоя для обжига полидисперсного материала, содержащая корпус, подину с газогоре- лочными устройствами, расположенную на опорном кольце корпуса, причем стыковки подины и опорного кольца заключены в герметичную камеру.

Недостатком этой печи является возможность прорывов печных газов между футеровкой печи в зоне повышенного износа футеровки за счет воздействия новых температур и абразивного воздействия обжигаемого материала. Такой прорыв происходит

вследствие нарушения целостности соединения многослойной футеровки и, как следствие, происходит утечка печных газов в пространство между корпусом печи и футеровкой на контакте разнородных материалов - огнеупора и металла, где смешиваясь с воздухом, поступающим из герметичной камеры они сгорают, что приводит к разрушению футеровки и прогарам конструкции. Причем пространство между корпусом печи и футеровкой имеет значительно меньшее сопротивление, чем кипящий слой,и служит своеобразной вытяжной трубой, куда и устремляется значительная часть печных газов, что неизбежно приводит к перераспределению газа в слое и его частичному затуханию. Все это в конечном итоге приводит к нарушению процессов тепло- и массообмеXI о

8

ю ел

на в слое, ухудшению качества готовогопро- ук-та, снижению производительности печи.

Известна многозонная печь кипящего лоя для обжига полидисперсного материаа, выбранная в качестве прототипа, содер- 5 а щая подину, размещенную в обойме, закрепленной на опорном кольце, составленной из двух полуколец -образного профиля. Печь имеет недостаток, аключающийся в прорыве печных газов 10 между футеровкой и корпусом печи. Вынуженной мерой в таких случаях является полная замена футеровки в зоне обжига, что вязано со значительными простоями и поерей продукции. В зонах подогрева и ох- 15 аждения, где температурное поле равномерно распределено по всей зоне, абразивному износу подвержена футеровка олько в результате бомбардировки частицами обрабатываемого материала. Как пра- 20 вило, это участок футеровки, прилегающий к решетке. Так же, как и в зоне обжига, приходится производить полную замену футеровки.

Целью изобретения является повыше- 25 ние надежности и производительности печи.

Это достигается тем, что в многозонной печи кипящего слоя для обжига полидисперсного материала, включающей футеро- 30 ванный корпус с зонами подогрева, обжига и охлаждения, разделенными газораспределительными решетками и подиной с газо- горелочными устройствами, она снабжена жестко прикрепленными к корпусу кронш- 35 теинами и опирающимися на них металлическими кольцами, набранными из по крайней мере двух сегментов и размещенными в пределах футеровки, при этом кронштейны установлены в зоне обжига на 40 высоте (10 ±25) Нг от подины, а в зонах подогрева и охлаждения на высоте (3 ±4) Но от решетки, где Нг - расстояние от подины до среза газогорелочного устройства, Н0 - расстояние между отверстиями газо- 45 распределительной решетки.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что многозонная печь кипящего слоя для обжига полидисперсного материала отличается тем, что зоны печи 50 снабжены жестко прикрепленными к корпусу кронштейнами и опирающимися на них металлическими кольцами, набранными из по крайней мере двух сегментов и размещенными в пределах футеровки, при этом 55 кронштейны установлены в зоне обжига на высоте (10 ±25) Нг от подины, а в зонах подогрева и охлаждения на высоте (3 ± 4) Но от решетки, где Нг - расстояние от подины до среза газогорелочного устройства, Но - расстояние между отверстиями газораспределительной решетки.

На фиг.1 представлен вертикальный разрез печи; на фиг.2 - металлическое кольцо, устанавливаемое в пределах футеровки соответствующих технологических зон печи, вид сверху; на фиг.З - типичные кривые распределения температуры ожижающей среды по высоте слоя.

М.ногозонная печь кипящего слоя (фиг.1) содержит зоны 1, 2 подогрева, зону 3 обжига, зоны 4, 5 охлаждения, решетки 6 с отверстиями 7 зон подогрева 1, 2 и охлаждения 4, 5 (на фиг.1 указано применительно к зоне 2 подогрева), газогорелочные устройства 8, установленные на подине 9, закрепленной в объеме -образного профиля 11, которая опирается на опорное кольцо 12, металлические кольца 13, опирающиеся на кронштейны 14, установленные в пределах футеровки 15, корпуса 16. Металлические кольца 13 установлены в зонах 1, 2 подогрева и зонах 4, 5 охлаждения на высоте от решетки 6 (3 ± 4) Н0, а в зоне 3 обжига - на высоте (10 ± 25) Нг от подины 9. Перемещение газов, воздуха, топлива и материала обозначено стрелками.

Металлическое кольцо, представленное на фиг.2, набирается по меньшей мере из 2 сегментов. Технологически необходимое количество сегментов определяется непосредственно изготовителем. Например, для зоны диаметром 4 м можно рекомендовать выполнение металлического кольца из 6 сегментов. При этом обеспечивается ре- монтоспособность футеровки, выполненной из стандартного кирпича, например размерами 75x150x450 мм. Из-за явления термического расширения металлическое кольцо 13 свободно опирается на кронштейны 14.

Печь работает следующим образом.

Обжиг материала, предварительно нагретого в зонах 1, 2 подогрева, осуществляется в зоне 3 обжига при 950-1000°С и давлении 0,4-0,5 атм. В зонах 4, 5 охлаждения материал охлаждается, а затем выгружается из печи. Воздух или продукты сгорания, выходящие из отверстий 7, прилежащих к футеровке 15 решеток б захватыва- ют попутно частицы известняка или извести, ускоряют и ударяют о футеровку 15. При этом угол действия (раскрытия) струи составляет 15-20° (3), соответственно зона абразивного действия струй по высоте футеровки составляет Ho-ctg (15 ±20°) или (3-4)-Но от решетки, где Н0 - расстояние между отверстиями решеток или от крайних

отверстий до футеровки. Соответственно этим определяется и высота установки металлического кольца 13 в зонах 1, 2 подогрева и зонах 4, 5 охлаждения. Обжиг известняка происходит в кипящем слое зоны 3 обжига. Воздух и топливо в зону 3 поступают через газогорелочное устройство 8 подины 9, крепление которой в обойме .11 -образного профиля, опирающегося на опорное кольцо 12, обуславливает попадание газа высокого давления из герметичной камеры 10 только в зону 3 обжига. Металлическое кольцо 13, установленное на высоте (10-25) Нг от подины 9, опирающееся на кронштейны 14, препятствует проникновению печных газов по высоте зоны в пространство между футеровкой 15 и корпусом печи 17. Уровень установки кольца (10-25) Нг выбран из следующих соображений. В результате экспериментальных исследований процесса горения топлива как на моделях, так и на промышленных печах, было установлено, что при вводе газа в струю воздуха на высоте 50 мм и ниже вокруг горелки на откосах застойной зоны материала наблюдались спеки извести, выше 100 мм - догорание газа над слоем. Оптимальной величиной расположения сопел над решеткой является высота., равная 60-80 мм (4). Также был выявлен характер распределения температур по высоте кипящего слоя в зависимости от фракционного состава материала, коэффициента избытка воздуха, вида топлива, относительно массовой скорости. Для 3-зонной промышленной печи по обжигу известняка в кипящем слое производительностью 300 т/сутки (КС-300), эксплуатируемой на Макеевском металлургическом комбинате, кривые представлены на фиг.З. Особенностью технологического процесса является: обжиг известняка мелких фракций (3...12) мм, отсутствует 2-х зон охлаждения, использование в качестве топлива природного газа. ПриЗ- зонной компоновке печи на горение подается чистый, не запыленный известью воздух. Применение такого воздуха позволяет практически идеально распределить его в воздушных насадках горелочных устройств через воздушные отверстия диаметром 6 мм, т.е. большим количеством струй малого сечения. С учетом такого распределения воздуха использование в качестве топлива природного газа, а так же того, что горелка расположена на высоте 70 мм, пик температуры наиболее приближен к решетке и находится от нее на высоте 300 мм. Как видно из рисунка, выравнивание температуры в слое происходит на высоте 700 мм от среза горелок. Таким образом, металлическое кольцо может быть

установлено на высоте 700 мм, что соответствует 10 Нг.

С другой стороны, технологически более совершенной является пятизонная печь

кипящего слоя КС-100, работающая на Карагандинском металлургическом комбинате. В этой печи обжигается известняк фракции (10...30) мм. В качестве топлива используется пропан-бутановая смесь, теп0 лотворная способность которой более чем в 3 раза выше, чем у природного газа, используемого на печи КС-300. Наличием 2-х зон охлаждения в печи КС-1000 обусловлена запыленность воздушного потока, подаваемо5 го для сжигания топлива в зону обжига. По этой причине же на печи КС-1000 необходимо держать высоту слоя 1,5-2,0 мм против 1 м на печи КС-300. Таким образом, верхний предел установки металлического кольца

0 составляет 170 мм или 25 Нг.

При проведении капитальных ремонтов печи футеровку, находящуюся ниже металлического кольца 13, наиболее подверженную действию высоких температур и

5 абразивному износу, разбирают и восстанавливают. При этом посредством кольца ликвидируется действие сил тяжести вышележащей футеровки на заменяемую, кроме того, восстановление футеровки в зонах пе0 чи не связано с разборкой футеровки, расположенной выше металлического кольца. . Выполнение кольца из сегментов позволит заменять футеровку под одним или несколькими из них без разборки остальной части

5 еще пригодной футеровки. Сегментное исполнение позволяет вести монтаж и демонтаж металлических колец через ремонтные люки без демонтажа основного корпуса печи.

0 Использование предлагаемой конструкции позволяет повысить надежность, производительность печи на 12%. Формула изобретения Многозонная печь кипящего слоя для

5 обжига полидисперсного материала, включающая футерованный корпус с зонами подогрева, обжига и охлаждения, разделенными газораспределительными решетками и подиной с газогорелочными

0 устройствами, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и производительности печи, она снабжена жестко прикрепленными к корпусу кронштейнами и опирающимися на них ме5 таллическими кольцами, набранными из по крайней мере двух сегментов и размещенными в пределах футеровки, при этом кронштейны установлены в зоне обжига на высоте (10-25) Нг от подины, а в зонах подогрева и охлаждения на высоте (3-4)-Но от

решетки, где Нг - расстояние от подины до среза газогорелочного устройства; Но - расстояние между отверстиями газораспределительной решетки.

Сущность изобретения: многозонная печь содержит футерованный корпусе зонами подогрева, обжига и охлаждения, разделенными решетками и подиной с газогсрелочными устройствами. В пределах футеровки размещено металлическое кольцо, набранное по меньшей мере из двух сегментов, опирающихся на кронштейны, внешним контуром жестко прикрепленных к корпусу в зоне обжига на высоте (10 ± 25)х л Нрот подины, в зонах подогрева и охлаждения на высоте (3 ±4) Н0 от решетки, где Нг - расстояние от подины до среза газогоре- лочного устройства; Но - расстояние между отверстиями газораспределительной решетки соответствующей зоны. 2 ил. СП

избес/ямям

/7/ afy#/7

t/30ec/7 6

Фиг. 1

Фиг. 2