Трубчатые вращающиеся печи (стр. 2 из 3)

Холодный конец печи входит в загрузочную коробку 7, Загружают сухую шихту посредством патрубка, проходящего через загрузочную коробку печи (на рисунке не показан). Пульпу в печь либо наливают, либо распыливают форсунками. Во избежание образования настылей на внутренней поверхности холодного конца барабана имеется отбойное приспособление 9, состоящее из стальной болванки, прикрепленной цепью к загрузочной головке. При вращении барабана болванка разбивает настыли.

На рис.132 приведен график, характеризующий тепловой режим печи. Согласно этому графику печной барабан по длине может быть разбит на четыре зоны, а именно: зону сушки и обезвоживании (/), зону кальци-нации или разложения (//), зону спекания (///) и зону охлаждении (IV). Максимальная температура газов в зоне спекания, где она достигает 1600С°. При нормальной работе печи температура отходящих газов в борове составляет 400 - 500С°. Этот график обеспечивает правильный режим спекания и нормальную работу электрофильтров.

Производительность печи при мокрой бокситовой шихте 12 т/ч спека и выше. Главные факторы, влияющие на производительность: толщина слоя материала в печи, частота вращения печи, влажность шихты и ее химический состав. Средний удельный расход тепла составляет 6300 - 7100 кДж на 1 кг спека.

Ниже приводится тепловой баланс трубчатой печи спекания.

Приход, %

Тепло:

от горения топлива ........... ...95,0

вносимое шихтой............... ….4,0

вносимое нагретым воздухом ….1,0

Итого: 100,0

Расход, %

Тепло:

на получение спека...... ……… 53,4

уносимое двуокисью углерода …. 1,1

уносимое водяным паром. …… 1,9

уносимое оборотной пылью … 1,1

уносимое спеком................. 14,5

уносимое дымовыми газами 16,6

Потери во внешнюю среду... 11,4

Итого: 100,0

Повышение к. п. д. печи достигается оптимизацией условий сжигания топлива, более полным использованием тепла спека для подогрева воздуха, используемого для сжигания топлива, лучшей тепловой изоляцией печи.

2 Тепловой и температурный режимы работы вращающихся печей

При нагреве нейтральных в энергетическом отношении сыпучих материалов тепло в зону технологического процесса трубчатых вращающихся печей поступает за счет одновременного протекания всех трех видов теплообмена: излучением от факела и раскаленной футеровки, конвекцией и теплопроводностью от поверхности кладки, по которой непрерывно перемещается перерабатываемый материал. Помимо этого необходимо учитывать, что в шихту печей для вельцевания кеков вводится в качестве реагента-восстановителя коксовая мелочь. В результате часть используемой на ее нагрев тепловой энергии генерируется непосредственно в зоне технологического процесса во время частичного окисления углерода и образующихся в результате переработки шихты паров металлического цинка.

Поступившее в слой перемещающегося по печи материала тепло распределяется в нем в основном за счет контактной теплопроводности. Однако в процессе энергичного перемешивания шихты, температура по слою быстро выравнивается и его можно принять тонким в тепловом отношении телом, нагрев которого сопровождается многочисленными эндо- и экзотермическими реакциями. Ввиду большой сложности и недостаточной изученности механизма теплообменник процессов в трубчатых печах, анализ их тепловой работы базируется восновном на изучении эмпирических данных и оценке тепловых балансов печей.

Температурный режим, работы вращающихся печей не изменяется во времени, индивидуален для каждого вида технологического процесса и в значительной степени определяется химическим и фракционным составами перерабатываемых материалов. Обычно его выбирают опытным путем и организуют таким образом, чтобы в печи строго соблюдался график нагрева шихты, задаваемый по технологическим данным.

В качестве примера может быть рассмотрен режим, достаточно хорошо изученных печей, применяемых для спекания шихты на глиноземных заводах. В них до температур порядка 550 °С происходят общие для всех вращающихся печей процессы сушки и удаление гидратной влаги и далее в интервале температур 550 - 1200 °С — реакции образования растворимых соединений алюминия, свойства которых во многом зависит от температурного режима спекания. В процессе нагрева шихта проходит в печи четыре условно выделенные температурные зоны, постепенно

превращаясь в спек.

В первой зоне, длина которой составляет около 30 м, происходит нагрев материала от 20 до 300 °С, сопровождающийся его сушкой и обезвоживанием. Температура газов на этомучастке печи, если его рассматривать по ходу движения шихты, изменяется соответственно от 200 до 700 °С. Длина второй зоны достигает 16—17 м.В ней материалы нагреваются до 100 °С при полном разложении карбоната кальция и изменении температур топочных газов по длине зоны от 700 до 1400 °С. Третья зона расположена в области интенсивного горении топлива (факела). Температура газов здесь максимальна и определяется величиной 1600—1650 °С. Шихта в этой зоне нагревается до 1200—1260 °С и спекается. В четвертой зоне происходит охлаждение спека до 1100 °С при температуре газов 1000 - 1550 °С.

При неизменном во времени температурном режиме работы печи ее производительность определяется толщиной слоя и физико-химическими свойствами находящегося в ней материала. В среднем по отрасли она составляет величину порядка 12 т/ч спека при расходе 6300-—7300 кДж/кг получаемого продукта. В отличие от спекания технологические процессы, протекающие в других трубчатых печах, идут без оплавления шихты.

3 Основы расчета ТВП

Из расчетов горения топлива и теплового баланса находят количество газов, образующихся в печи при средней

ее температуре V_l, м³/с Тогда внутренний диаметр печи (D_вн, м) может быть найден по формуле:

где ω_l - допустимая скорость движения газов в печи при средней ее температуре, м/с; скорость газов принимается в пределах 3 - 8 м/с. При влажной шихте скорость берется больше, при cyxoй и мелкой шихте во избежание большого пылеуноса - меньше.

Далее находят коэффициент заполнения сечения печи материалом ω. Значение φ определяют из условия прохождения (транспорта) материала через печь при заданной производительности по шихте (G, кг/ч):

,

где γ - насыпная масса материала в печи, кг/м³;

ω_м - скорость поступательного движении материала, м/ч (ω_м=0,0963D_внβ/τ_0, где τ₀ -длительность оборота печи, ч; β - угол наклона печи к горизонту; τ₀ и β берутся из заводской практики).

После вычисления φ находят размеры хорды открытой поверхности шихты l₁ и дуги l₂ закрытой поверхности материала (рис. 133) по площади заполнения сечения печи шихтой

. Плотность теплового потока на открытую поверхность шихты (q^') рассчитывается по методике, описанной для пламенных печей. Плотность теплового потока к шихте на закрытой части стенки печи (q") по Д. А. Диомидовскому принято считать как переданное излучением и рассчитывать по уравнению:

q^"=

где Т_CT и T_M — средние температуры стенки и материала.

Средняя температура материала принимается как среднеарифметическая температура материала в начале и конце печи

Средняя температура футеровки берется как среднеарифметическая средних температур газа и материала

.

При определении средней температуры газов берется ее значение и начале и конце печи.

Приведенная степень черноты ε_прив рассчитывается по формуле для параллельных поверхностей:

где ε_ф и ε_м- степени черноты футеровки и материала соответственно.

Исходя из теплообмена впечи при известном полезном расходе тепла на 1 кг перерабатываемой шихты (Q_ТЕХН, кДж/кг) можно найти необходимую длину печи (м):

Полученные размеры печи корректируются по времени пребывания материала в печи (ч):

Если τ меньше времени, рекомендуемого технологическим режимом, то проводится корректировка величин, определяющих τ.

Для более точного определения размеров печи расчет следует вести для каждой зоны отдельно, тогда общая длина печи будет равна сумме длин отдельных зон.

Теория работы печей для обжига в перегребаемом слое показывает, что производительность и размеры вращающихся барабанных печей в основном зависят от важнейших процессов, протекающих в этих печах: физико-химического процесса обжига; движения газов; движения материалов; процесса теплообмена. В соответствии с этим вращающиеся барабанные печи следует рассчитывать также как обжиговые аппараты, как транспортные устройства, обеспечивающие определенные показатели движения газов и материалов и как теплообменные устройства, обеспечивающие передачу к материалу необходимого количества тепла.