СПОСОБ ОБЖИГА КАРБОНАТНОГО СЫРЬЯ В ДВУХШАХТНОЙ ПРОТИВОТОЧНОЙ ПЕЧИ
METHOD OF CARBONATE FEEDSTOCK MATERIAL THERMAL TREATMENT IN DOUBLE-SHAFT COUNTERFLOW FURNACE

Изобретение может быть использовано в металлургической и химической отраслях промышленности, в промышленности строительных материалов и строительства, в сахарной промышленности и других отраслях промышленного производства, где используются СаО и MgO.
2
Термическая диссоциация карбонатов кальция и магния - обратимая гетерогенная эндотермическая реакция, ее направление и скорость зависят от температуры и парциального давления паров углекислого газа (СО) на поверхности куска карбоната.
3
3
В шахтных печах диссоциация доломита (СаСО×MgCO) наблюдается уже при 600°С, а известняка - при 810…850°С.
Известные способы обжига кусковых карбонатов, реализованные в противоточных, прямоточно-противоточных и прямоточно-противоточных регенеративных печах не содержат приемов и конструкций для цикличной (импульсной) диссоциации с целью ускорения прогрева сырья (А.В. Монастырев и Р.Ф. Галиахметов. Печи для производства извести. Справочник, стр. 149÷178. Воронеж. Истоки. 2011).
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности к достигаемому техническому результату является способ обжига кусковых материалов в шахтной печи, по которому подогрев его проводят в противотоке продуктов горения топлива, а обжиг - в прямотоке. При этом процессы осуществляют в двух разных шахтах. Рабочий режим в обеих шахтах чередуется регулярными интервалами. Топливо и воздух подаются в верхнюю часть шахт. Продукты горения в прямотоке с опускающимся материалом передают тепло и обжигают и затем через переходный (перепускной) канал поступают во вторую шахту, в которой в противотоке с материалом подогревают его, при этом охлаждающий воздух в переходном канале смешивается с продуктами горения, поступающими из обжиговых шахт.
В последующей фазе процесса чередуется роль шахт, цикл периодически повторяется.
Топливо и воздух подают попеременно в обе шахты: топливо - вертикальными горелочными трубами, входящими в столб материала; воздух вдувают из атмосферы. Материал загружают в обе шахты также попеременно. Отходящие печные газы удаляются из шахты подогрева материала (патент Швейцарии №647313, кл. F27B 1/00, 1980).
Недостатками известного способа обжига карбонатного сырья и шахтной печи для его осуществления являются:
- использование отмытого сырья для увеличения времени забивания пылью коллекторов и перепускного канала;
- высокие требования к прочности сырья с целью снижения образования пыли при истирании его в шахтах печи;
- высокое суммарное гидравлическое сопротивление двух шахт и перепускного канала делает нецелесообразным обжиг карбонатного сырья фракцией мене 30 мм;
- использование жаропрочных сталей в зонах обжига печи (пиковые горелки). Число горелок в зависимости от диаметра шахты составляет 9-40 штук. Стойкость пиковых горелок колеблется от 0,5 до 1 года;
- используется сложная система управления горелками, обусловленная периодическим розжигом и тушением в соответствии с циклом.
Таким образом, техническая сложность и громоздкость системы отопления и управления, необходимость подготовки к обжигу карбонатного сырья существенно повышают удельные и капитальные затраты и, следовательно, себестоимость готовой продукции.
Задача изобретения:
- обжиг не отмытого сырья фракцией 10÷30 и 30÷80 мм (до 120 мм);
- упрощение системы отопления и управления (замена многочисленных пиковых горелок одной топкой);
- увеличение межремонтного периода вследствие увеличения надежности сожигательных устройств.
Задача изобретения достигается тем, что в двухшахтной противоточной печи осуществляют цикличную работу шахт, имеющих кольцевые коллекторы и соединяющий их перепускной канал, оснащенный топкой, с чередованием работы шахт в режиме нагрева и в режиме выдержки карбонатного сырья в неподвижной газовой среде, при этом продукты сгорания импульсно подают в шахты через кольцевые коллекторы путем открывания-закрывания клапанов для сброса отходящих газов в одной и другой шахтах. При этом в топке сжигают газ с коэффициентом избытка воздуха 0,6÷0,8, а полугаз дожигают в шахте воздухом, подаваемым на охлаждение продукта.
Вместе с тем, двухшахтная противоточная печь для обжига карбонатного сырья, содержащая две шахты с кольцевыми коллекторами, соединенными перепускным каналом, и клапанами для сброса отходящих газов, воздуходувку и выносную топку, выполнена с возможностью цикличной работы шахт с чередованием в режиме нагрева и режиме выдержки карбонатного сырья в неподвижной газовой среде и импульсной подачи в шахты продуктов сгорания, при этом выносная топка установлена в перепускном канале, а воздуходувка непрерывно подает воздух в шахты для охлаждения готового продукта и горелку упомянутой топки. Кроме того, каждая шахта снабжена газораспределительным керном.
Процесс тепловой обработки кускового карбонатного сырья в шахтных печах проходит этапы сушки, нагрева и диссоциации (обжига) и охлаждения продукта.
С началом диссоциации карбоната (600÷810)°С скорость теплопередачи вовнутрь куска тормозится встречным выходом углекислого газа к поверхности, вследствие чего увеличивается время прогрева минерала до температуры диссоциации.
Конфликтная ситуация с прогревом куска устраняется периодическим подавлением процесса диссоциации путем создания равновесного парциального давления углекислого газа внутри и на поверхности минерала, что достигается прекращением отвода углекислого газа с поверхности куска.
В соответствии с вышеизложенным, процесс диссоциации в двухшахтной противоточной печи проводят импульсно, чередуя нагрев карбонатов горячим теплоносителем в одной шахте с выдержкой в неподвижной газовой среде в другой шахте и наоборот, при этом теплоноситель в кольцевые коллектора шахт подают от одной топки без устройства между ними отключающих устройств.
Противоточный импульсный способ обжига карбонатного сырья в двухшахтной печи и двухшахтная печь для его осуществления представляют собой единое изобретение, поскольку без предлагаемого устройства невозможно осуществление способа.
Способ поочередной подачи теплоносителя в два регенератора из общей топки без установки отключающих устройств между ними был реализован в 1985÷1990 гг. на Саранском литейном заводе «Центролит» им. 50-летия ВЛКСМ (а.с. SU 1235909 А1, С21В 9/04, 1984 г.).
На фиг. 1 изображена схема двухшахтной печи, реализующая противоточный импульсный способ обжига карбонатного сырья.
Устройство состоит из шахт 1 и 2, имеющих кольцевые коллекторы 3 и 4 и перепускной канал 5, их соединяющий. Перепускной канал 5 снабжен выносной топкой 10, оснащенной горелкой 12. Воздуходувкой 20 подается воздух по трубопроводам 14 в шахты 1и 2 на охлаждение продукта, а через дутьевые конусы 13 по трубопроводу 15 подается воздух на горение в топку 10. Каждая из шахт оснащена газораспределительным керном 11.
Печь имеет загрузочный конвейер 6 подачи карбонатного сырья в загрузочный бункер 7, загрузочную течку 8 и отсечные клапаны 9 на подаче сырья в шахты 1 и 2, выгрузные устройства 16, бункер готового продукта 17, питатель 18, конвейер готового продукта 19.
Шахта 1 оснащена патрубком 21 с клапаном 22 для сброса отходящих газов.
Шахта 2 оснащена патрубком 23 с клапаном 24 для сброса отходящих газов.
Газораспределительный керн 11 установлен для выравнивания температурного поля по сечению шахты.
Печь работает следующим образом.
Карбонатное сырье фракцией 10÷30 мм или 30÷80 мм конвейером 6 подается в загрузочный бункер 7, где поддерживается заданный уровень. По течкам 8 путем открывания клапанов 9 производится загрузка сырья в шахту 1 или 2, которая находится под разрежением. Загрузка производится в соответствии с циклом в шахту 1 или 2. В шахтах 1 и 2 сырье сушится, подогревается и обжигается за счет тепла продуктов сгорания, поступающих импульсно из топки 12 то в одну, то в другую шахты. После обжига готовая продукция охлаждается холодным воздухом, подаваемым воздуходувкой 20 через дутьевые конусы 13 в шахты, а также - на горение в горелку 12 топки 10. Воздух подается непрерывно.
Импульсная подача теплоносителя в шахты обеспечивается работой клапанов 22 и 24. При закрытом клапане 22 и открытом 24 продукты сгорания из топки 10 поступают в шахту 2. При закрытом клапане 24 и открытом 22 продукты сгорания из топки 10 поступают только в шахту 1.
После охлаждения готовая продукция через устройства выгрузки 16 поступает в бункер 17, откуда питателем 18 подается на конвейер готового продукта.
С целью уменьшения объема продуктов сгорания и снижения температуры горения в топке топливный газ сжигают с коэффициентом избытка воздуха 0,6÷0,8, а дожигание полугаза осуществляют в шахте воздухом, подаваемым на охлаждение.