Разработка модельной установки для исследования процесса массообмена в колосниковом холодильнике

11. Гуткина, И.Г. Стеклообразование и кристаллизация в тройных германий-лантановых системах с окислами галлия и бора/ И.Г.Гуткина, И.И.Кожина, Л.К.Шматко // Изв. AH СССР. Шорг. матер.-1975.-Т.11, №4.-С.721-725.

12. Смитов, С.В. Вязкость, упругие свойства и структура стекол системы B2O3 - GeO2 и La2O3-B2O3 - GeO2./ С.ВЛемилов, И.В. Комарова // Физика и химия стекла - 1976.-Т.2, №3. -С.262-266.

13. V.N. Sigaev Non-isothermal crystallization of La2O3-B2O3-2GeO2 glasses/ V.N. Sigaev, E.V. Lopatina, P.D. Sarkisov, etc.// Thermochim. Acta. 286 (1996) 25.

14. V.N. Sigaev, Surface and bulk stillwellite textures in glasses of the La2O3-B2O3-GeO2 system| V.N. Sigaev, P.D. Sarkisov, P. Pernice etc.// J. Eur. Ceram. Soc. 24 (2004) 1063.

15. V.N. Sigaev, Stillwellite glass-ceramics with ferroelectric properties/ V.N. Sigaev, S. Yu. Stefanovich, P.D. Sarkisov, E.V. Lopatina.// Materials Science and Engineering B. 32 (1995) 17

16. Карапетян, Г.О. Люминесценция стекол, активированных тербием/ Г.О.Карапетян, С.Г.Лунтер // Журнал прикладной спектроскопии 1966.- T.V, №3.- С.310-315.

17. Арбузов, В.И. Механизмы образования собственных и примесных центров окраски в натриевосиликатных стеклах с двумя активаторами/ В.И.Арбузов, Ю.ПЛиколаев, М.^Толстой // Физика и химия стекла - 1990.-Т.16, №1.-С.25-32.

УДК 666.940.41 А.Г. Новоселов

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Белгород, Россия

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА МАССООБМЕНА В КОЛОСНИКОВОМ ХОЛОДИЛЬНИКЕ

Model set for research of movement clinker a one-sixth scale model, modeling process of movement of the clinker in a grate cooler is created. At movement of granules is observed stratification of a layer of the clinker, if its height is double height of grate-bar in that way large granules place in top layer and small granules - in bottom. It promotes the best cooling of the clinker and raises efficiency of a cooler.

Создана установка для исследования движения клинкерных гранул в масштабе 1:10, моделирующая процесс движения клинкера в колосниковом холодильнике. При движении гранул наблюдается расслоение слоя клинкера, если его высота в 2 раза больше высоты колосника, таким образом, что крупные гранулы располагаются в верхнем слое, а мелкие - в нижнем. Это способствует лучшему охлаждению клинкера и повышает КПД холодильника.

Эффективность работы колосникового холодильника в значительной степени определяет удельный расход топлива на обжиг цементного клинкера и его качество, а также влияет на процессы тепломассообмена в горячей части вращающейся печи и, следовательно, на стойкость футеровки. Оптимизацией режима работы колосникового холодильника можно добиться снижения удельного расхода тепла на обжиг клинкера за счет увеличения энтальпии вторичного воздуха, а также повышения активности клинкера путем резкого его охлаждения за счет интенсивной подачи охлаждающего воздуха в горячую камеру колосникового холодильника [1].

Из практики работы известно, что крупные гранулы, диаметром более 60 мм, после холодильника при дроблении в центре имеют красный цвет, то есть температуру более 600 °С, следовательно, процесс охлаждения в колосниковом холодильнике в значительной степени лимитируется теплопроводностью клинкера. Поэтому при работе холодильника важ-

нейшее значение имеет необходимое время охлаждения клинкерных гранул. По ранее проведенным нами исследованиям зависимость времени охлаждения клинкерных гранул, от 1000 до 100°С, от их размера и пористости описывается уравнением:

100

т(ё, П) = (0,01 • ё2 + 0,21 • ё + 0,5)-

100 - П

и графически представлено на рис.1.

120

80

60

40

20

п =4( )%>

П = ( )%

20

40

мм

©о

80

Рис. 1. Зависимость времени охлаждения гранул от диаметра

Рис. 2. Модельная установка решетки колосникового холодильника: 1-подвижный колосник, 2-неподвижный колосник

Рис. 3. Эпюры скоростей движения клинкера по решетке

Из полученных данных видно, что для охлаждения гранулы пористостью 40% диаметром 70 мм потребуется около двух часов, а для гранулы 30 мм такой же пористости - около 30 минут. Существенное влияние пористости особенно сильно сказывается на времени охлаждения крупных гранул диаметром более 40 мм. Для этого необходимо найти способ снижения скорости продвижения крупных гранул и увеличить скорости мелких.

Для решения поставленной задачи исследовался режим движения материала на колосниковой решетке с использованием специально разработанной установки, моделирующей движение клинкера в колосниковом холодильнике. Модельная установка части колосниковой решетки выполнена в масштабе 1:10 и представляет собой чередующиеся подвижные и неподвижные колосники (рис. 2). Стенки модели сделаны из орг-

стекла, что позволяет не только определить скорость движения клинкерных гранул, но и полностью проследить за их поведением в процессе движения. Высота колосников также уменьшена в 10 раз и составляет 15 мм. Ход колосников, в соответствии с масштабом модели, составляет 15 мм. Клинкер постоянно подается на решетку в загрузочной части модели. Переталкиваясь колосниками, гранулы ссыпаются в разгрузочной части модели, где отсутствует торцевая стенка. Фракционный состав клинкера выбран в соответствии с масштабом выполненной модели, то есть размер гранул клинкера составляет от 3 до 9 мм.

На модельной установке определялась скорость движения клинкерного слоя в зависимости от его высоты на колосниковой решетке. Скорость движения гранул клинкера при высоте слоя до 28...30 мм составляет около 1,7^10- м/с при скорости колебания колосников 20-22 мин-1. Время прохождения клинкером решетки модели составляет около 5 минут. При высоте слоя клинкера более 30.35 мм, то есть в 2 раза превышающей высоту колосника, наблюдалось расслоение материала: мелкая фракция опускалась вниз, вследствие чего крупная - вытеснялась наверх (рис.3). Причем, в связи с тем, что колосники в большей степени перемещают нижние слои клинкера, то в этих

3 3

условиях скорость движения нижнего слоя составила 2,27^10- , а верхнего - 0,7Г10-м/с, то есть примерно в 3 раза больше. Время пребывания на решетке верхнего слоя крупного клинкера составило 11,7 минут, нижнего слоя мелкого клинкера 3,7 минут.

Следовательно, разделение гранул на фракции по высоте слоя будет способствовать более полному охлаждению крупного клинкера, вследствие более длительного его пребывания в холодильнике.

Таким образом, найден простой способ увеличения времени и, следовательно, степени охлаждения крупных гранул в колосниковом холодильнике. Путем увеличения слоя клинкера на колосниковой решетке промышленного холодильника выше 350 мм, можно в несколько раз увеличить время охлаждения крупного клинкера и, следовательно, повысить тепловой КПД холодильника и снизить удельный расход топлива на обжиг цементного клинкера. Промышленные испытания, проведенные на ОАО «Осколцемент» подтвердили этот вывод. При увеличении высоты слоя клинкера на холодной решетке колосникового холодильника с 300 до 600 мм произошло рациональное распределение гранул, повысился КПД холодильника с 80 до 96%, в результате чего удалось сэкономить до 500 м газа в час на печи размером 5*185 м.

Выводы. 1. Создана установка для исследования движения клинкерных гранул по колосниковой решетке, моделирующая процесс движения клинкера в колосниковом холодильнике. 2. Установлено, что при повышении высоты слоя в 2 раза выше колосника происходит расслоение клинкера: мелкие фракции опускаются вниз, а крупные -вытесняются наверх. При этом, скорость движения верхнего слоя крупного клинкера в 3 раза меньше скорости движения нижнего слоя мелкого клинкера. В связи с этим время охлаждения крупных гранул увеличивается в несколько раз и, следовательно, значительно снизится температура клинкера. 3. Испытания, проведенные на промышленной вращающейся печи 5*185 м ОАО «Осколцемент», подтвердили полученные на модельной установке результаты. При увеличении высоты слоя клинкера на холодной решетке колосникового холодильника с 300 до 600 мм повысился его КПД с 80 до 96%, что позволило сэкономить до 500 м3 газа в час.

Список литературы

1. Классен, В.К. Обжиг цементного клинкера /В.К. Классен. - Красноярск: Стройиздат, 1994. - 323 с.