Шахтная печь для обжига кусковых материалов
SHAFT FURNACE FOR BURNING LUMP MATERIAL

Изобретение относится к шахтным печам для обжига кусковых материалов (например, карбонатных пород) и может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической, сахарной промышленности, промышленности строительных материалов.
Известна шахтная печь для обжига кусковых материалов (патент на полезную модель №129614, МПК F27B 1/00, 12.02.2013). Данная печь включает зону подогрева, обжига и охлаждения, футерованную шахту, заключенную в металлический кожух, и крестообразный газораспределительный керн с простенками в виде арок, с выполненными внутри каждого из них жаровыми каналами для выхода газов в слой материала. Керн, выполненный из огнеупорного материала, расположен в зоне обжига печи, а вершина его находится выше уровня верхнего яруса топливо сжигающих устройств. Кусковой материал, поступающий из зоны подогрева печи, распределяется керном на четыре сектора, где обжигается продуктами сгорания топлива, выходящими в рабочее пространство печи через отверстия жаровых каналов керна. В результате, в сочетании с теплоносителем, поступающим от периферийных топок, достигается достаточная равномерность распределения температур по сечению шахты печи и, соответственно, высокая степень обжига материала.
Однако в известной конструкции выполненные внутри простенков жаровые каналы приводят к увеличению массы и габаритов арочных простенков. Арочные простенки занимают значительную часть полезного объема печи и перекрывают до 35% площади сечения зоны обжига. Что существенно увеличивает гидравлическое сопротивление слоя и затрудняет выравнивание потоков теплоносителя по сечению шахты печи, в особенности при обжиге склонного к разрушению в печи сырья мелких фракций. Кроме того, в связи с развитой поверхностью огнеупорной кладки керна, при зависании слоя и сводообразовании существует повышенная вероятность протекания химических реакций в зоне обжига между обжигаемой породой и материалом футеровки (так называемый эффект «приваривания» слоя к футеровке печи), что способствует образованию сваров.
Известна шахтная печь для обжига кусковых материалов (патент на полезную модель №91754, МПК F27B 1/08, 05.11.2009), содержащая футерованную шахту с зонами подогрева, обжига и охлаждения готового продукта, периферийные горелки, установленные на верхнем и нижнем ярусах в зоне обжига, и центральную горелку с охлаждаемым кожухом расположенную вертикально по оси печи с выходным устьем снизу и подводом в ее верхнюю часть топлива и кислородсодержащих газов, а также загрузочное и разгрузочное устройства. Применение центральной горелки с жидкостно-охлаждаемым кожухом и с расположением выходного устья непосредственно в зоне обжига позволяет обеспечить равномерное температурное поле по сечению печи в зоне обжига, что повышает степень обжига и качество получаемого продукта. Применение подвесной центральной горелки практически не препятствует движению материала в печи, в отличии от приведенной выше конструкции печи с крестообразным керном.
Недостатком известной печи являются потери тепла с охлаждающей жидкостью в контуре охлаждения центральной горелки, что ведет к перерасходу топлива на печь. Кроме того, применение жидкостного охлаждения увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты на печь, в связи с наличием дополнительного оборудования: насосы, градирни, баки, трубопроводы и арматура, что вызывает необходимость в резервной системе электроснабжения с применением дизельгенератора или газопоршневой электростанции для предотвращения перегрева жидкости в контуре охлаждения центральной горелки при отключении электроэнергии.
Наиболее близким аналогом заявляемому изобретению является противоточная шахтная печь для обжига карбонатных материалов, отапливаемая газообразным топливом (патент на изобретение №2587115, МПК F27B 1/00, 25.12.2014). Данная печь содержит корпус с рабочим пространством, образованным огнеупорной радиальной кладкой, по высоте которого последовательно по направлению движения материала расположены зоны подогрева, обжига и охлаждения, периферийные выносные топки, расположенные в два яруса, устройство для подачи продуктов сгорания в рабочее пространство печи, выполненное в виде расположенного по оси печи газораспределительного керамического цилиндрического керна, имеющего внутренний жаровой канал и 2-3 яруса радиальных отверстий для выхода продуктов сгорания в рабочее пространство печи. В нижней части жарового канала керна установлена выносная топка, а верхний торец жарового канала закрыт керамической заглушкой в форме конуса-рассекателя с углом 35-45°.
Данное устройство принято за прототип.
Недостатком прототипа является низкая устойчивость газораспределительного керамического цилиндрического керна. Керн высотой порядка 7-10 м, находясь в напряженных температурных условиях (температура в зоне обжига достигает 1250°С), испытывает давление столба обжигаемого материала высотой 5-10 м. При этом керн не имеет опорных конструкций, кроме расположенных в основании. При возможном нарушении схода материала (подвисаниие, сводообразование) и последующем обрушении подвисшего слоя керн кратковременно будет испытывать значительные нагрузки, способные вызвать его повреждение или заваливание.
Установка выносной топки в нижней части жарового канала керна, проходящего через зону охлаждения извести, приведет к тому, что около выносной топки в жаровом канале будет создаваться максимальная температура по высоте керна. Данное решение противоречит принципу теплообмена противоточной шахтной печи, так как получаемый продукт в зоне охлаждения будет частично нагреваться непосредственно перед выгрузкой от разогретой футеровки керна, что увеличит потери тепла с готовым продуктом и, соответственно, приведет к повышению удельного расхода условного топлива.
Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является улучшение технико-экономических показателей, а также эффективности и надежности работы шахтных печей для обжига кускового материала.
Технический результат заключается в повышении качества обжига кускового материала за счет сглаживания температурного поля по сечению печи путем более равномерного распределения продуктов горения в пристеночной и центральной области поперечного сечения шахты печи, а также в обеспечении надежной работы и высокой производительности шахтной печи при удельном расходе условного топлива 140-150 кг/т извести.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг. 1 - профильный разрез шахтной печи;
Фиг. 2 - горизонтальное сечение шахты печи А-А на фиг. 1.
Сущность изобретения заключается в том, что в шахтной печи (Фиг. 1, 2) для обжига кусковых материалов, включающей металлический кожух 4, футерованную шахту 3 с зонами подогрева, обжига и охлаждения, газораспределительный керамический керн 8, периферийные горелочные устройства 5, центральную сводовую горелку 6, а также устройства загрузки 2 и выгрузки 12 - газораспределительный керамический керн 8 выполнен в виде цилиндрического столба, расположенного по оси печи. Керн начинается непосредственно от крышки печи, проходит через зону подогрева, зону обжига и в зоне охлаждения опирается на воздухоохлаждаемые балки 11. В верхней части зоны обжига над верхним ярусом отопления в шахте печи крестообразно выполнены простенки в форме арок 10, опирающихся (с зазором для возможных температурных деформаций в местах стыковки) одним крылом на футеровку шахты, другим - на центральный столб газораспределительного керна 8. Высота простенка определяется таким образом, чтобы основание простенка находилось в зоне обжига над верхним ярусом отопления, а верхняя часть - в нижней части зоны подогрева. Внутри керна в зонах подогрева и обжига выполнен внутренний жаровой канал 7 с отверстиями 9 для выхода продуктов сгорания в печь в зоне обжига. Окна 9 для выхода продуктов сгорания в печь выполнены на одном уровне с периферийными горелочными устройствами 5 верхнего и нижнего яруса отопления, а также между ярусами. В верхней части жарового канала керна установлено центральное горелочное устройство 6, монтируемое непосредственно на крышке печи. Для удаления продуктов сгорания из печи в верхней части зоны подогрева смонтировано дымозаборное устройство 13.
Установка центрального горелочного устройства на крышке печи и сооружение газораспределительного керна, проходящего через зону подогрева и зону обжига, позволяет более полно использовать тепло продуктов сгорания, идущее на нагрев кладки керна. Простенки керна, выполненные в форме арок, обеспечивают дополнительную устойчивость цилиндрического столба керна. Кроме того, под простенками керна достигает эффект разубоживания слоя, что позволяет обеспечить равномерное распределение продуктов сгорания по сечению печи.
Печь работает следующим образом. Обжигаемое кусковое сырье (например, известняк) загружается скиповым ковшом 1 через загрузочное устройство 2 в шахту печи 3, заключенную в металлический кожух 4. В периферийные горелочные устройства 5 подается топливо (например, природный газ) и воздух горения. Продукты сгорания от периферийных горелочных устройств 5 и несгоревший топливный газ (при осуществлении неполного сгорания топлива в периферийных горелочных устройствах) просасываются через слой обжигаемой породы. Несгоревший топливный газ, смешиваясь с воздухом, поступающим из зоны охлаждения, догорает в слое обжигаемой породы. В центральное горелочное устройство 6, установленное на крышке печи, подается топливный газ и воздух горения с коэффициентом избытка 1,2-2,1 для осуществления полного сгорания топлива. Продукты сгорания от центрального горелочного устройства 6 движутся вниз по жаровому каналу 7 керна 8 и в зоне обжига через окна 9 выходят в печь. Под арочными простенками 10, расположенными над верхним ярусом отопления, создается пространство, незаполненное обжигаемым материалом, что улучшает распределение продуктов сгорания по сечению печи. Обожженный материал из зоны обжига поступает в зону охлаждения, где охлаждается просасываемым воздухом, который поступает через воздухоохлаждаемые балки 11, и выгружается из печи выгрузным устройством 12. Продукты сгорания удаляются из печи через дымозаборное устройство 13.