Конструкция, методика расчёта обжиговых печей чёрной металлургии (стр. 3 из 4)

В пересыпных печах применяют только короткопламенное топливо, преимущественно антрацит во избежание потери летучих горючих веществ в зоне подогрева. Остающаяся после сгорания топлива зола засоряет обожженный материал, и его качество ухудшается. Это является недостатком пересыпных печей. Длиннопламенное топливо сжигают в полугазовых топках, пристроенных к шахте на уровне зоны обжига. Полученный в них полугенераторный газ имеет высокую температуру и, смешиваясь в шахте с сильно нагретым воздухом, идущим из зоны охлаждения, сгорает среди кусков материала с выделением значительного количества теплоты.

Газообразное топливо сжигают в горелках, смонтированных в стенках шахты в зоне обжига. В печах, работающих на мазуте, шахта в поясе зоны обжига имеет специальные форкамеры, предназначенные для предварительной газификации мазута. Из них продукты газификации, содержащие до 26% горючих газов и имеющие высокую температуру, поступают в шахту и сгорают среди материала с высоким температурным эффектом.

Температурный режим обжига кусковых материалов в шахтной печи характеризуется постепенным подъемом температуры в зоне подогрева домаксимальной, выдержкой материала в зоне обжига при максимальной температуре и постепенным ее снижением в зоне охлаждения. Высота зон пропорциональна продолжительности отдельных периодов обжига.

Главным для получения качественного продукта является время пребывания материала в зоне обжига, необходимое для завершения всех протекающих в нем физико-химических процессов. Время подогрева и охлаждения в целях сокращения всего процесса обжига и увеличения производительности шахтной печи может быть без ущерба для качества минимальным.

Аэродинамический режим шахтной печи обусловлен взаимным расположением тягодутьевых устройств и сопротивлением слоя материала в шахте. Верхняя часть печи — зона подогрева — сообщается с дымососом, поэтому находится под разрежением, постепенно убывающим по направлению к зоне обжига. В зоне обжига разрежение достигает минимального, близкого к нулевому, значения. Нижняя часть шахты — зона охлаждения — находится под давлением, так как в нее дутьевым вентилятором нагнетают холодный воздух. По мере движения воздуха в направлении зоны обжига давление убывает.

Состав газовой среды на качество обжига кусковых материалов не оказывает существенного влияния. Значение коэффициента избытка воздуха в зоне обжига должно соответствовать роду сжигаемого топлива и системе отопления печи при минимальных потерях теплоты от химического и механического недожога и с отходящими из печи газами. Коэффициент избытка воздуха в зоне обжига обусловлен также его количеством, идущим из зоны охлаждения и определяемым потребностью материала в холодном воздухе для охлаждения до температуры выгрузки из печи.

Конструкции шахтных печей для обжига отдельных материалов

Печи для обжига извести. В шахтных печах обжигают более или менее плотные породы известняков. Мел, не обладающий достаточной механической прочностью, будет раздавлен и забьет шахту, появится препятствие фильтрации газов через слой материала, поэтому мел обычно обжигают во вращающихся печах. Температура обжига известняков колеблется в пределах от 1173 до 1473 К (900 до 1200 °С) в зависимости от их прочности и химического состава.

Известково-обжигательные печи могут быть пересыпными в случае применения короткопламенного топлива, либо иметь выносные полугазовые топки при использовании длиннопламенного топлива. Они также могут работать на газе или мазуте. Шахта пересыпной шахтной печи производительностью 200 т/сут (рисунок 5)цилиндрической формы с внутренним диаметром 4,3 м и рабочей высотой 25 м. Печь снабжена двухклапанным загрузочным устройством с поворотной чашей для послойной подачи материала и топлива — антрацита.

Автоматизация загрузки способствует поддержанию в шахте постоянного уровня материала. Выгрузочным механизмом печи служат движущиеся каретки. Уплотнение нижней части шахты достигается
трехшлюзовым затвором.

Удельная производительность составляет 0,75 т/(м³-сут). Расход условного топлива 133 кг/т извести.

Более поздние проекты Гипрострома высокопроизводительных шахтных печей для обжига извести ориентированы на отопление их газообразным и жидким топливом. Шахтная печь производительностью 200 т/сут на газообразном топливе представлена на (рисунке 6) Прямоугольное со скругленными углами сечение шахты в зоне обжига переходит в круглое в зоне подогрева. В целях интенсификации охлаждения профиль шахты книзу сужают. Подачу газа в зону обжига производят в два яруса. В нижний ярус газ подают через шесть диффузионных горелок, встроенных в стены шахты, и в центральную часть печи через многосопловые балочные горелки. Такие же горелки расположены в верхнем ярусе, только расположение центральных горелок перпендикулярно таковым нижнего яруса.

1—выгрузочная решетка; 2—периферийные горелки нижнего яруса; 3, 12—отверстия для установки датчиков давления и температуры, 4—две балочные горелки верхнего яруса; 5—две балочные горелки нижнего яруса; 6—предохранительный взрывной клапан; 7—двухклапанное загрузочное устройство; 8—скиповый подъемник; 9—отверстия для датчиков уровнемера шихты; 10—короб отсоса дымовых газов; 11—гляделка; 13—трехшлюзовой затвор

Рисунок 6 – Шахтная печь конструкции Гипрострома на газообразном топливе

Часть необходимого для горения воздуха (25—30%) поступает через диффузионные горелки, остальной воздух — через зону охлаждения печи.
Удельная производительность по извести составляет 0,8 т/(м³-сут); удельный расход условного топлива 155 кг/т извести.

Шахтная печь на мазуте конструкции Гипрострома (рисунок 7) имеет производительность 30 т/сут.

Форма поперечного сечения сходна с печью, работающей на газе. Размер сечения в зоне обжига 2x2 м, в зоне охлаждения 1,6x1,6. Рабочая высота шахты 19,2 м. Мазут поступает в шесть механических форсунок. Две из них вводят мазут в подбалочное пространство центральной части шахты, остальные распыляют его в специальных форкамерах для предварительной газификации. Продукты газификации, поступая в шахту, смешиваются со вторичным воздухом, подаваемым из холодильника печи, и сгорают среди материала.

Печи для обжига цементного клинкера. Шахтные печи для обжига цементного клинкера (рисунок 8) нашли распространение при получении цемента из пластичных природных мергелей. Перед обжигом в шахтных печах к сырью добавляют размолотое до крупности 0,3—0,5 мм топливо и из полученной шихты изготовляют так называемый «черный брикет» или черные гранулы размером 15—25 мм, загружаемые в печь на обжиг.

1—выгрузочная решетка; 2— форкамеры; 3— мазутные форсунки;

4—водоохлаждаемая балка; 5—гляделки; 6—отверстия датчиков уровнемера шихты; 7—скиповый подъемник; 8—загрузочное устройство;

9— предохранительный взрывной клапан; 10— отверстие дляотсоса газов; 11—барабанный затвор.

Рисунок 7 – Шахтная печь на жидком топливе

Конструктивное отличие шахтной печи для обжига цементного клинкера обусловлено в основном следующим: условиями сгорания топлива, запрессованного в материал; высокой температурой обжига 1573—1773 К (1300— 1500° С) до спекания обжигаемого материала; особенностью физико-химических процессов, протекающих в обжигаемом материале, и спекшейся структурой готового продукта.

Для осуществления равномерного обжига по сечению шахты ее внутренний диаметр не превышает 2,4—2,8 м. Исключение составляет высокомощная печь Юж-гипроцемента диаметром 4,1 м. Рабочая высота шахты 8—10 м. Верхняя часть шахты высотой 2 м книзу постепенно сужена во избежание образования у ее стенок сквозных каналов, вызванных усадкой материала при нагревании. Нижнюю часть шахты футеруют жаростойкими чугунными плитами. Ввиду большого сопротивления слоя спекшегося клинкера в шахте печи имеют высокое давление воздушного дутья, достигающее 15—25 кПа, поэтому нижняя часть шахты имеет надежное уплотнение в виде многошлюзовых затворов.

Так как обожженный материал характеризуется спекшейся структурой, разгрузочное устройство должно дробить его перед выгрузкой из шахты. С этой целью устройство выполняют в виде вращающейся зубчатой решетки или нескольких пар вращающихся навстречу друг другу зубчатых вальцов. При вращении их клинкер дробится, и кусочки его поступают в нижнюю бункерную часть печи, а затем в камеры шлюзовых затворов.

Для успешного сжигания топлива, запрессованного в материал, требуется не только проникновение кислорода внутрь гранул, но также повышенная концентрация его в окружающей среде. Это вызвано тем, что образовавшаяся при горении кокса углекислота может восстанавливаться до СО при соприкосновении с раскаленными кусочками кокса топлива по реакции СО₂ + С = = 2СО.

Таким образом, присутствие в окружающей атмосфере кислорода должно привести к дожиганию окиси углерода. С этой целью печь имеет позонное дутье. Часть воздуха, необходимого для горения, поступает через зону охлаждения подогретым, другая часть поступает непосредственно в зону обжига по периферии шахты. Кроме этого, в центральную часть шахты предусмотрена подача чистого кислорода.

Удельная производительность печей при обжиге гранул достигает 157 кг/(м³-ч), при обжиге крупных брикетов 120 кг/(м³ * ч), расход условного топлива от 140 до 200 кг/т.

1, 2, 3—зоны; 1—бункер угля; 2, 3—питатели; 4—бункер сырьевой муки; 5—смесительный шнек; 6—гранулятор; 7—газоход; 8—загрузочный желоб; 9—труба подачи кислорода; 10—футеровка; 11— шахта печи; ./2—чугунные плиты, 13—разгрузочная решетка; 14—приводной вал; 15—разгрузочная течка; 16—затвор; 17—воздуховоды