ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА КУСКОВОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к шахтным печам для обжига кускового материала, преимущественно известняка, и может найти применение в металлургической, строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности, в которых используется негашеная известь.
Большое значение при производстве высококачественной негашеной извести в шахтных печах имеет равномерность распределения топлива по сечению обжиговой зоны.
Для решения этой задачи создано значительное количество разнообразных балочных горелок и фурм, заглубленных в слой материала в зоне обжига.
Балочные горелки обеспечивают достаточно равномерное распределение топлива только в печах с прямоугольным сечением шахт. Их громоздкие корпусы, как правило, охлаждаются большим количеством жидкости, а при возникновении течи охлаждаемой жидкости печь приходится аварийно останавливать на длительное время. В этом плане преимущество использования отдельных фурм для распределения топлива очевидно. К тому же, фурмами можно обеспечить равномерное распределение топлива в любых печах, в том числе и круглых, которые наиболее распространены. При образовании течи из охлаждаемой жидкости из корпуса какой-либо фурм она легко демонтируется и на ее место устанавливается новая фурма. На практике время замены фурмы составляет не более одного часа.
Для равномерного распределения топлива по сечению шахты необходимо применять множество фурм с разным заглублением в слой материала. На печах с круглым корпусом обжиговой шахты применяют обычно фурмы двух размеров - короткие и длинные, которые размещают на двух или трех уровнях. При этом стремятся обеспечить равномерное распределение топлива минимальным количеством фурм, которое на практике составляет более 18 шт.
Главная задача, которую до сих пор не удается полностью решить - это расположить фурмы так, чтобы они одновременно обеспечивали и равномерное распределение топлива по сечению шахты и создавали минимум препятствий для схода материала и образующихся зачастую при обжиге сваров. Поэтому создание предлагаемой конструкции печи, в которой эти проблемы в наибольшей мере решены, является необходимым техническим решением.
В настоящее время известна шахтная печь для обжига карбонатного сырья, включающая корпус со стенками, в которых установлены с возможностью регулирования по длине подвижные фурмы, выполненные в виде труб (фурм) для ввода топлива в зону обжигаемого материала. Для формирования равномерности пламени по всему сечению шахты во время обжига, фурмы перемещают перпендикулярно стенкам шахты с целью поиска оптимального их заглубления. На практике такое управление во время работы печи осуществлять весьма затруднительно и небезопасно потому, что положительный или отрицательный результат от такого воздействия можно ощутить только через весьма длительное время, которое может составлять несколько суток, а при отрицательном результате могут образовываться свары, которые на длительное время нарушат работу всей печи. Кроме того, наличие в печи находящихся в зоне высоких температур подвижных элементов усложняют конструкцию и, следовательно, усложняют в целом технологическое ее обслуживание, (см. Евразийский патент №003894 F27B 1/16, опубликованный 30.10.2003 г.)
Известна также и печь для обжига кускового материала, включающая зону обжига с длинными и короткими фурмами для ввода топлива в слой обжигаемого материала, выполненными в виде трубок, пропущенных через стенки шахты и установленных на нескольких уровнях, причем на верхнем уровне установлены все самые короткие, а на самом нижнем уровне все длинные фурмы, (см. Патент №2011/114187 F27B 1/00, C04B 2/12 опубликован 22.09.2011 г.) Этот аналог является более близким к заявляемой шахтной печи по технической сущности, решаемой задаче и достигаемому результату. Однако и он не лишен недостатков.
Такое расположение фурм приводит к очаговому горению топлива по кольцу на каждом уровне. Очаговое горение топлива способствует пережогу кускового материала и образованию сваров, которые при сходе могут деформировать наименее стойкие длинные фурмы, расположенные на нижнем уровне, и застрять между ними, нарушив работу всей печи.
Задача по устранению недостатков аналогов решается путем применения иного принципа установки фурм в каждом уровне, при котором достигается более высокий технологический результат, то есть при том же суммарном количестве длинных и коротких фурм топливо более равномерно распределяется по сечению каждого уровня и по всему объему зоны обжига. За счет этого повышается равномерность обжига кускового материала и снижается вероятность образования сваров. Кроме того, в случае образования сваров (по каким-либо причинам), условия для беспрепятственного их прохода между фурмами в зоне обжига улучшаются.
Технический результат - повышение надежности работы шахтной печи и равномерный обжиг кускового материала достигается тем, что длинные и короткие фурмы установлены на каждом из трех уровней поочередно в одинаковом количестве и с равным шагом между собой, при этом одинаковые по длине фурмы в верхнем и нижнем уровне смещены по горизонтали в противоположные направления относительно таких же фурм, находящихся на среднем уровне, на расстоянии 2/3 шага между фурмами. Важное значение для равномерного распределения топлива по сечению печи имеет и тот факт, что во всех трех уровнях схема поочередного и соответственно более равномерного рассредоточения длинных и коротких фурм одинакова, а сдвиг фурм верхнего и нижнего уровней относительно таких же фурм среднего уровня на 2/3 шага между фурмами обеспечивает наиболее равномерное распределение топлива по объему зоны обжига, поскольку расстояние между соседними фурмами, как в уровнях, так и между уровнями - одинаковое. В случае образования сваров условия для прохода между соседними длинными фурмами в каждом уровне значительно лучше, чем в случае расположения всех длинных фурм только в одном уровне. Поочередное расположение длинных и коротких фурм в каждом уровне создает наиболее благоприятные условия для свободного прохода сваров, поскольку расстояние между соседними длинными фурмами при таком расположении увеличивается по сравнению с прототипом. На достижение технологического результата работает и то, что все фурмы выполнены с возможностью совместной подачи на горение топлива и воздуха, а их корпусы выполнены охлаждаемыми, при этом охлаждение осуществляется сжатым воздухом, который затем используется на горение топлива, подаваемого в фурмы. Достижение технического результата обеспечивается также и установкой дополнительной осевой фурмы в круглой шахте печи для подачи части топлива в осевую зону обжига, в которую очень длинными периферийными фурмами топливо подать технически сложно. Рассматриваемое расположение периферийных фурм по имеющимся уровням зоны обжига предпочтительно применять в шахтной печи, имеющей кольцевое сечение.
Предлагаемое техническое решение «Шахтная печь для обжига кускового материала» обладает новизной, поскольку совокупность признаков формулы полезной модели в источниках общетехнической и патентной информации заявителем не обнаружена. Промышленная применимость полезной модели не вызывает сомнения, так как размещение дополнительной фурмы в шахте печи, монтаж фурм в трех уровнях зоны обжига предлагаемым образом не является непреодолимыми для промышленного производства.
Сущность полезной модели проиллюстрирована чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез шахты круглой печи с тремя уровнями фурм, на фиг. 2, 3 и 4 изображены соответственно разрезы по А-А, Б-Б, и В-В на фиг. 1, вид сверху на все фурмы отражен на фиг. 5, а на фиг. 6 изображена схема смещения фурм в рядах относительно друг друга, и на фиг. 7 показано размещение фурм в печи, имеющей кольцевое сечение.
a
a
a
b
Шахтная печь для обжига кускового материала включает зону 1 обжига, ограниченную футерованной круглой шахтой 2, через стенки 3 которой пропущены для ввода в слой материала топлива и воздуха фурмы 4 и 5, выполненные в виде трубок с охлаждающей рубашкой 6. Все фурмы 4 и 5 размещены на трех уровнях 8, 9 и 10, соответственно верхнем, среднем и нижнем с равным шагу  расстоянием между собой, перекрывая все сечение и пространство зоны обжига. Причем короткие и длинные фурмы 4 и 5 установлены на каждом из трех уровней 8, 9 и 10 поочередно в одинаковом количестве, в частности по 8 штук, и с равным шагом  между ними. При этом одинаковые по длине фурмы, как короткие, так и длинные, находящиеся в верхнем и нижнем уровнях 8 и 10 смещены на 2/3 шага  по горизонтали в противоположных по горизонтали направлениях относительно аналогичных фурм среднего уровня 9, обеспечивая, таким образом, одинаковое расстояние  между соседними фурмами, как в уровнях, так и между уровнями. Это способствует равномерному распределению топлива по сечению печи, устраняет очаговое горение и пережог материала, а также создает условия для свободного его прохода между фурмами. Этот же эффект обеспечивает и установленная сверху шахты 2 дополнительная осевая фурма 11, которая повышает равномерность распределения топлива за счет подачи его части в центральную область обжиговой зоны. Таким образом, за счет равномерного распределения топлива по всему сечению печи, обеспечивается повышение надежности работы и равномерность обжига кускового материала. Стойкость фурм к воздействию высоких температур обеспечивается за счет охлаждения их корпусов. В охлаждающую рубашку 6 фурм 4 и 5 вместо жидкости целесообразно подавать сжатый воздух, который затем после нагрева используется на горение топлива, подаваемого в фурмы (на фиг. не показано ввиду традиционности их исполнения, как, например А.В. Александров «Печи для производства извести» М. Изд-во «Металлургия» 1974 г., с. 84, рис. 80). Рассматриваемое расположение фурм 4 и 5 по всем имеющимся уровням 8, 9 и 10 зоны 1 обжига применимо не только в печи круглого сечения, но и также может быть использовано в печах, имеющих кольцевое сечение обжиговой шахты (фиг. 7). Устройства, выполняющие функции загрузки исходного материала, предназначенного для обжига в шахтной печи, и выгрузки готовой негашеной извести на чертежах не показаны, потому что не являются объектом предполагаемой полезной модели.
Шахтная печь для обжига кускового материала работает следующим образом.
a
Обжигаемый материал, например, известняк, вводимый сверху в шахтную печь, поступает в зону подогрева, а затем и непосредственно в зону 1 обжига. Опускаясь вниз под действием силы тяжести, материал обжигается, проходя между длинными и короткими фурмами 4 и 5, поочередно установленными в каждом из уровней 8, 9 и 10 со смещением в различных направлениях на 2/3 шага . Необходимый заданный тепловой режим в центре печи поддерживается осевой фурмой 11. Равномерно обожженный материал поступает в зону охлаждения, а затем с помощью разгрузочного устройства выгружается из печи.
a
b
Заявленное схемное решение расположения фурм 4 и 5 в уровнях 8, 9 и 10 применимо также для обжига кусковых карбонатных материалов в шахтных печах, имеющих кольцевое сечение обжиговой шахты. Осевая фурма при этом не используется. Предлагаемая конструкция шахтной печи для обжига кускового материала позволяет получить обожженную продукцию высокого качества за счет равномерного распределения топлива по всему сечению зоны обжига. Такой результат обусловлен тем, что каждая из фурм 4 и 5 верхнего и нижнего уровней 8 и 10 смещена по стрелкам 12 и 13 в противоположных направлениях на 2/3 шага  относительно таких же фурм уровня 9, образуя равные расстояния  между фурмами по горизонтали во всех трех уровнях зоны 1 обжига шахтной печи, что и гарантирует образование области пламени, которое равномерно распространено по всему сечению зоны обжига.
Предлагаемая полезная модель находится в стадии эскизного проектирования.