СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕЧИ ДЛЯ ОБЖИГА АНОДОВ И ПЕЧЬ, АДАПТИРОВАННАЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА
METHOD OF CONTROLLING OVEN FOR ANODE BAKING AND OVEN ADAPTED FOR IMPLEMENTING THIS METHOD

Предлагаемое изобретение относится к способу регулирования печи обжига или так называемой печи "с вращающейся областью огневого воздействия" ("ring fumace" по-английски), предназначенной для обжига углеродсодержащих блоков, в частности углеродных анодов, используемых для производства алюминия при помощи электролиза.
В настоящее время уже известны способы регулирования печей обжига этого типа, описанные, например, в патентных документах FR 2600152, FR2 614093, ЕР 1070224 и WO 91/19147.
Печи этого типа, называемые также печами "с открытыми камерами", содержат, как это описано в упомянутых выше патентных документах, множество располагающихся в продольном направлении камер естественного предварительного нагревания, обжига, продувки, принудительного охлаждения и разгрузки, а также не являющихся активными камер, причем каждая камера образована, в поперечном направлении, при помощи последовательного сочетания чередующимся образом полых нагревающих перегородок, в которых циркулируют горячие газы, и ячеек, в которые укладываются подлежащие обжигу углеродсодержащие блоки, причем эти блоки погружены в углеродсодержащую пыль, называемую "угольной пылью". Горячие или дымовые газы, возникающие в результате сгорания топлива и обеспечивающие обжиг, циркулируют в виде потока в упомянутых полых перегородках с тонкими стенками, проходящих в продольном направлении данной печи. Эти полые перегородки снабжены в их верхней части перекрываемыми отверстиями, которые называют "вентиляционными отверстиями". Эти вентиляционные отверстия дополнительно могут содержать лабиринтные перемычки, предназначенные для удлинения и более однородного распределения траектории движения потока горячих или дымовых газов, являющих следствием сгорания топлива. Упомянутые ячейки являются открытыми в их верхней части для того, чтобы обеспечить возможность их загрузки, путем укладывания штабелями сырых блоков, и выгрузки уже обожженных блоков после их охлаждения.
Печь такого типа обычно содержит две продольные галереи, общая длина которых может составлять более сотни метров и которые содержат последовательность камер, отделенных друг от друга поперечными стенками. Две галереи сообщаются на их продольных концах при помощи извилистых дымоходов, которые позволяют передавать газы из одной галереи в другую.
Нагревание такой печи обеспечивается при помощи устройств нагревания, имеющих длину, равную ширине упомянутых камер, и содержащих одну или несколько горелок или одну или несколько форсунок для впрыска топлива в расчете на полую перегородку. Эти форсунки для впрыска топлива или горелки вводятся через вентиляционные отверстия в полые перегородки соответствующих камер. Перед этими горелками или форсунками (по отношению к направлению продвижения вращающейся области огневого воздействия, соответствующему также направлению движения горячих газов в полых перегородках) размещают стойки нагнетания воздуха, необходимого для горения, монтируемые на переднем устройстве нагнетания, снабженном вентиляторами, причем эти стойки нагнетания присоединены через вентиляционные отверстия к упомянутым перегородкам. Позади горелок или форсунок размещают стойки всасывания дымовых газов сгорания, устанавливаемые на заднем устройстве всасывания, питающем центры улавливания и обработки дымовых газов, и оснащенные заслонками, позволяющими контролировать расходы всасывания этих стоек всасывания на желаемых уровнях. Нагревание обеспечивается одновременно в результате сгорания так называемого первичного топлива, впрыскиваемого в камеры обжига, и в результате сгорания так называемого вторичного топлива, образованного летучими горючими веществами (такими, например, как полициклические ароматические углеводороды), испускаемыми обрабатываемыми блоками. Эти летучие горючие вещества испускаются, говоря более конкретно, каменноугольной смолой обрабатываемых блоков в процессе повышения температуры этих блоков в камерах естественного предварительного нагревания. Поскольку упомянутые перегородки находятся при пониженном давлении в камерах естественного предварительного нагревания, эти летучие горючие вещества покидают ячейки, проходя сквозь полые перегородки через отверстия, специально предусмотренные для этого, и сгорают вместе с кислородом, оставшимся в дымовых газах сгорания, которые циркулируют в полых перегородках этих камер.
Обычно примерно десяток камер одновременно являются "активными", а именно четыре камеры в зоне нагнетания, три камеры в зоне нагревания и три камеры в зоне естественного предварительного нагревания.
По мере того как осуществляется процесс обжига, например, в результате реализации циклов продолжительностью 28 часов, продвигают (или поворачивают), на одну камеру, систему, образованную "передним устройством нагнетания, устройством нагревания и задним устройством всасывания", причем каждая камера последовательно обеспечивает, таким образом, следующие различные функции:
- позади зоны естественного предварительного нагревания (камера, не являющаяся "активной", или камера загрузки) обеспечивается функция загрузки сырых углеродсодержащих блоков;
- в зоне естественного предварительного нагревания обеспечивается функция естественного предварительного нагревания перегородок, углеродсодержащих блоков и т.д. при помощи дымовых газов сгорания, циркулирующих в перегородках, а также в результате сгорания вторичного топлива;
- затем, в зоне обжига, обеспечивается функция нагревания углеродсодержащих блоков до температуры, имеющей величину в диапазоне от 1100°С до 1200°С;
- и наконец, в зоне продувки, обеспечивается функция охлаждения углеродсодержащих блоков при помощи холодного наружного воздуха, нагнетаемого в полые перегородки, и, коррелятивным образом, предварительное нагревание этого воздуха, циркулирующего в полых перегородках и образующего окислитель поддержания горения для печи, при помощи тепловой энергии, запасенной перегородками, углеродсодержащими блоками и т.д.;
- при этом зона продувки продолжается затем зоной принудительного охлаждения и выгрузки охлажденных углеродсодержащих блоков.
Обычно используемый способ циркуляции в печи такого типа состоит в регулировании температуры и/или давления в некотором количестве камер этой печи. Обычно на 10 одновременно являющихся активными камер 4 камеры имеют средства измерения температуры и 2 камеры имеют средства измерения давления. С одной стороны, каждая из трех камер, находящихся в зоне нагревания, содержит устройство нагревания и регулируется в зависимости от температуры дымовых газов сгорания, причем впрыскивание топлива обычно корректируется таким образом, чтобы температура этих дымовых газов сгорания отслеживала кривую повышения температуры с течением времени. С другой стороны, скорость вращения вентиляторов устройства нагнетания обычно регулируется в зависимости от давления, измеренного перед горелками нагревания. И наконец, степень открытия заслонок устройства всасывания может быть отрегулирована в зависимости от разрежения, измеренного в камере, располагающейся между устройствами нагревания и устройством всасывания. Однако, чаще всего, в частности, в наиболее новых печах подобного типа, упомянутое разрежение само подвергается регулированию при помощи некоторой заданной температуры, а именно обычно при помощи температуры дымовых газов сгорания в некоторой точке зоны естественного предварительного нагревания, таким образом, чтобы упомянутые заслонки управлялись путем измерения температуры и ее сопоставления с заданной величиной температуры, изменяющейся во времени.
В целом ожидаемый результат процесса этого регулирования состоит в обеспечении выдерживания углеродсодержащими блоками повышения температуры при соблюдении различных фаз процесса обжига и при исключении образования несгоревших остатков, порождающих наличие этих несгоревших остатков в дымовых газах и образование отложений. Процесс поднятия температуры анодов обычно включает участок по существу линейного поднятия этой температуры вплоть до достижения температуры в диапазоне от 1100°С до 1200°С, соответствующей конечной температуре обжига углеродсодержащих блоков и зависящей главным образом от характера используемых первичных материалов, образующих эти углеродсодержащие блоки. Для обеспечения этого желательного характера повышения температуры анодов определяют кривую изменения температуры газов в перегородках, которая также учитывает дополнительное поступление тепловой энергии, связанное со сгоранием летучих и горючих материалов.
Как это известно, например, из патентной заявки FR 2600152, в которой описан классический способ регулирования, желаемая температура в зоне обжига обеспечивается путем регулирования количества впрыскиваемого первичного топлива в зону обжига на основе измерений температуры в упомянутых перегородках. Регулирование температуры газов в зоне естественного предварительного нагревания контролируется путем регулирования всасывания с использованием стоек всасывания и регулирования нагнетания с использованием стоек нагнетания, то есть регулирования циркуляции потоков воздуха в различных перегородках. Действительно, температура измеряется и расход модифицируется в зависимости от соответствующего закона изменения температуры. Нагревание зоны естественного предварительного нагревания реализуется при этом в результате самой герметичной циркуляции в перегородке совокупности горячих газов или дымовых газов сгорания.
В этой патентной заявке FR 2600152 упомянутый расход воздуха, кроме того, может быть отрегулирован автоматизированным образом для того, чтобы зависеть от измерения степени мутности дымовых газов в отборах всасывания, а также от температуры, имеющей место в перегородках зоны естественного предварительного нагревания. При этом логичным образом увеличивают расход воздуха, циркулирующего в упомянутых перегородках в тех зонах, где происходит сгорание первичного топлива и вторичного топлива, для того, чтобы уменьшить содержание несгоревших остатков в дымовых газах.
В патентной заявке FR 2614093 этот расход воздуха или количество воздуха для поддержания горения, необходимое и достаточное для обеспечения полного сгорания как летучих горючих веществ, выделяемых в процессе обжига углеродсодержащих блоков, так и впрыскиваемого первичного топлива, рассчитывается на основе количества впрыскиваемого первичного топлива и количества летучих горючих веществ, содержащихся в этих углеродсодержащих блоках и высвобождаемых из них в зависимости от температуры.
В патентной заявке WO 91/19147 этот расход воздуха регулируется и минимизируется в результате контроля соотношения количества кислорода с количеством топлива в печи путем измерения содержания кислорода в перегородках и во впрыскиваемом, если это необходимо, в эти перегородки воздухе точно позади зоны обжига для того, чтобы содержание кислорода было достаточным для обеспечения возможности сгорания всех летучих и горючих материалов. Добавление холодного воздуха непосредственно после зоны обжига для обеспечения сгорания летучих горючих веществ имеет недостаток, который заключается в охлаждении газов и в том, что самопроизвольное воспламенение летучих горючих веществ, высвобождаемых из углеродсодержащих блоков, носит случайный характер.
Еще из патентного документа ЕР 1070224 известна система регулирования, позволяющая оптимизировать сгорание топлива и передачу тепловой энергии, исключая резкие изменения параметров путем отслеживания некоторой заданной величины, основанной на энтальпийных потоках.
Постоянная проблема в области печей с вращающейся областью огневого воздействия состоит, таким образом, в образовании не полностью сгоревших частиц в дымовых газах в упомянутых перегородках. Поскольку эти дымовые газы, содержащие не полностью сгоревшие частицы, формирующиеся главным образом в том случае, когда количество кислорода в непосредственной близости от впрыскиваемого первичного топлива или от вторичного топлива, высвобождаемого из углеродсодержащих блоков, оказывается недостаточным для обеспечения полного сгорания первичного топлива, а также вторичного топлива, существующий уровень техники предлагает в избытке способы регулирования, позволяющие определить количество воздуха, подлежащего введению в упомянутые перегородки. Эти способы регулирования основываются главным образом на измерениях температуры и измерениях давления в большом количестве камер и в различных перегородках одной и той же камеры. Дополнительные измерения, как это указано в описанном выше существующем уровне техники, могут привести к дополнению этих базовых измерений.
Отмечается также, что расход газов, циркулирующих в перегородках, в любом случае должен удерживаться на минимальном уровне таким образом, чтобы в максимально возможной степени ограничить утечки воздуха, являющиеся следствием разрежения, главным образом в зоне естественного предварительного нагревания.
Из двух этих противоречивых требований введение достаточного количества воздуха для обеспечения полного сгорания первичного топлива и вторичного топлива на практике, однако, является предпочтительным требованием по соображениям безопасности.
Важно, в частности, чтобы в зоне естественного предварительного нагревания вторичное топливо всасывалось в направлении полых перегородок и сгорало непосредственно в присутствии остаточного кислорода, имеющегося в дымовых газах сгорания. В противном случае дымовые газы с несгоревшими остатками топлива, или пары смолы, осаждаются и загрязняют стойки всасывания, заднее устройство всасывания и дымоходы, которые ведут в центр улавливания и обработки дымовых газов. При этом упомянутые отложения могут воспламениться в контакте с раскаленными частицами пыли, увлекаемыми потоком движущегося воздуха. Эти возгорания повреждают дымовые каналы и коллекторы. С учетом этих рисков принимаются специальные области безопасности, которые, соответственно, увеличивают расходы всасываемых дымовых газов сгорания для ограничения несгоревших остатков в этих дымовых газах.
Увеличение расходов в полых перегородках порождает, однако, полное изменение баланса передачи тепловой энергии в этих перегородках. Введение в зону обжига предварительно нагретого воздуха, поступающего из зоны продувки, при этом оказывается увеличенным таким образом, что становится необходимым сжигать больше первичного топлива для достижения требуемой температуры обжига анодов. Введение в зону естественного предварительного нагревания горячего воздуха, поступающего из зоны обжига, также оказывается увеличенным таким образом, что повышение температуры в зоне естественного предварительного нагревания ускоряется и может отклоняться от предварительно установленного закона повышения температуры, которому необходимо следовать. Однако повышение температуры в зоне естественного предварительного нагревания определяет то место в перегородках зоны естественного предварительного нагревания, где происходит сгорание вторичного топлива и располагается фронт горения вторичного топлива, обычно называемый фронтом дегазации. Действительно, вторичное топливо высвобождается из углеродсодержащих блоков в зависимости от температуры этих углеродсодержащих блоков. Здесь под выражением "фронт дегазации" следует понимать заднюю границу зоны горения летучих горючих веществ. В известных способах регулирования этот фронт дегазации находится в непрерывном движении в направлении перемещения области огневого воздействия. Расположение этого фронта дегазации представляет собой весьма важный параметр регулирования печей с вращающейся областью огневого воздействия, предназначенных для обжига углеродных анодов. Этот фронт дегазации должен располагаться на достаточном расстоянии от стоек всасывания таким образом, чтобы ограничить опасность повреждения оборудования и опасность возгорания в стойках всасывания, в заднем устройстве всасывания, в дымоходах и в центре улавливания и обработки дымовых газов в результате возникновения пламени, присущего горению вторичного топлива, или при помощи раскаленных частиц пыли, воспламеняемых этим пламенем и увлекаемых движением потока газов. Здесь под выражением "достаточное расстояние" следует понимать, например, что расстояние между этим фронтом дегазации и стойками всасывания должно быть достаточным для того, чтобы раскаленные частицы пыли, воспламененные на уровне фронта дегазации, успевали погаснуть. Так, например, для печи, содержащей десяток камер, три из которых представляют собой камеры естественного предварительного нагревания, фронт дегазации не должен продвигаться дальше середины первой камеры (на которой установлено заднее устройство всасывания). Позиционирование этого фронта дегазации представляет собой важный критерий безопасности в области регулирования печей.
Увеличение расхода газов, циркулирующих в перегородках, также вызывает в печах, известных из существующего уровня техники, продвижение фронта дегазации в направлении устройства всасывания, что может оказаться нежелательным с точки зрения безопасности самой печи и обслуживающего ее персонала.
На многих печах оказывается невозможным, при использовании обычных циклов функционирования, в достаточной степени увеличить расход циркуляции газов для того, чтобы устранить несгоревшие остатки в дымовых газах, сохраняя при этом адекватное позиционирование фронта дегазации. Это, в частности, относится к случаю печей, достаточно чувствительных к формированию несгоревших остатков в дымовых газах, таких, например, как некоторые печи старой конструкции или поврежденные печи. Это также относится к случаю печей с малыми потерями напора, таких как печи "без лабиринтных перемычек" или печи с перемычками, известные, например, из патентного документа ЕР 1093560, для которых протяженность траектории прохождения газов является более короткой и потери напора являются относительно небольшими на этой траектории движения газов таким образом, что даже небольшое увеличение расхода газов вызывает весьма значительное продвижение фронта дегазации.
Если известные системы регулирования могут быть подходящими для обжига при использовании обычных циклов функционирования, для реализации которых были определены размерные параметры этих печей, то есть обычных циклов вращения системы нагревания, имеющих продолжительность в диапазоне от 24 часов до 32 часов и предназначенных для обжига, например, в десятке камер, то оказывается также невозможным использовать их для обжига при более продолжительных циклах, длительность которых составляет или превышает 33 часа, поскольку вследствие более значительно времени, оставленного для повышения температуры в камерах естественного предварительного нагревания, и более значительного расхода газов, необходимого для удовлетворительного сгорания первичного топлива и вторичного топлива без образования несгоревших остатков в дымовых газах, температура анодов и газов повышается слишком сильно в камере, располагающейся в непосредственной близости от заднего устройства всасывания, и фронт дегазации слишком близко приближается к этому заднему устройству всасывания.
Поскольку изменение продолжительности циклов функционирования диктуется экономическими соображениями, связанными с тем, чтобы поддерживать производство углеродсодержащих блоков в соответствии с потребностями в этих блоках, существует большая потребность в наличии способа регулирования, позволяющего обеспечить существенную гибкость в том, что касается продолжительности используемых циклов функционирования.
В результате, современное управление и регулирование печей подобного типа характеризуется принятием широкой области безопасности для позиционирования фронта дегазации в зоне естественного предварительного нагревания, которая оказывает непосредственное влияние на основные параметры регулирования данной печи, а именно на расход газов, циркулирующих в полых перегородках, который порождается нагнетанием воздуха в передней части камер продувки и всасыванием дымовых газов сгорания позади камер естественного предварительного нагревания. Эксплуатационное противостояние между областью безопасности, предназначенной для ограничения количества несгоревших остатков в дымовых газах, и областью безопасности, связанной с положением фронта дегазации, приводит к тому, что применение современных способов регулирования оказывается ограниченным для некоторых оптимальных случаев выбора продолжительности циклов функционирования и/или для идеальных печей.
Область безопасности, принятая для регулирования расхода газов по отношению к положению фронта дегазации, иногда приводит также к слишком медленному повышению температуры, в частности, в камере, располагающейся непосредственно перед устройством всасывания, и к явлению так называемой холодной дегазации, то есть к ситуации, когда летучие горючие вещества, высвобождаемые из анодов, которые достигают температуры выделения этих материалов, не воспламеняются в том случае, когда они входят в полые перегородки, поскольку температура газов, циркулирующих в перегородках против этих анодов, не является достаточно высокой для того, чтобы вызвать воспламенение этих летучих горючих веществ. Эти несгоревшие летучие горючие вещества конденсируются при этом в полых перегородках и вызывают образование нежелательных отложений, неблагоприятным образом влияющих на нормальное функционирование печи.
Управление положением фронта дегазации представляет собой постоянную проблему в области регулирования печей с вращающейся областью огневого воздействия, причем этот фронт дегазации, при использовании известных способов регулирования, не может быть расположен достаточно точным и надежным образом, но должен удерживаться на довольно большом расстоянии от устройства всасывания по соображениям безопасности и без слишком большого удаления от него для исключения явления холодной дегазации.
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы решить упомянутые выше проблемы, предлагая усовершенствованный способ регулирования, позволяющий расширить диапазон использования печей с вращающейся областью огневого воздействия. Кроме того, техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить другой простой и надежный способ регулирования, позволяющий свести до минимума проблемы сгорания топлива.
ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения этих технических задач предлагаемое изобретение относится к способу регулирования печи, предназначенной для обжига углеродных анодов, используемых для производства алюминия путем электролиза, причем эта печь имеет в своем составе:
- продольные полые перегородки, в каждой из которых может циркулировать с некоторым расходом поток горячих газов обжига, имеющих некоторую температуру, причем эти полые перегородки определяют между собой ячейки, предназначенные для размещения в них подлежащих обжигу анодов, и которые содержат множество вентиляционных отверстий;
- и систему нагревания, вращающуюся по отношению к упомянутым полым перегородкам, которая содержит переднее устройство нагнетания, состоящее из нескольких стоек нагнетания воздуха в различные полые перегородки, заднее устройство всасывания, состоящее из нескольких стоек всасывания газов, поступающих из различных полых перегородок, и располагающееся между упомянутыми передним и задним устройствами по меньшей мере одно устройство нагревания, снабженное по меньшей мере одной горелкой или по меньшей мере одной форсункой для впрыска топлива в расчете на каждую перегородку,
причем линии циркуляции потоков газа в упомянутых полых перегородках, сформированы в этих полых перегородках между соответствующими стойками нагнетания и стойками всасывания;
причем этот способ включает этап естественного предварительного нагревания перегородок и анодов, в ходе которого эти аноды высвобождают летучие горючие вещества, которые сгорают в упомянутых полых перегородках, образуя фронт дегазации для предварительного нагревания газов, перегородок и анодов, причем этот этап естественного предварительного нагревания осуществляется в зоне естественного предварительного нагревания печи позади устройства нагревания,
отличающемуся тем, что зона естественного предварительного нагревания разделена на по меньшей мере одну первую зону естественного предварительного нагревания, располагающуюся на некотором первом расстоянии от устройства нагревания, и одну вторую зону естественного предварительного нагревания, располагающуюся на некотором втором расстоянии от устройства нагревания, причем упомянутое первое расстояние превышает упомянутое второе расстояние, и в котором изменяют газовые потоки, циркулирующие в полых перегородках, таким образом, чтобы контролировать газовые потоки, проходящие через первую зону естественного предварительного нагревания при помощи газовых потоков, выходящих из второй зоны естественного предварительного нагревания, для того, чтобы регулировать повышение температуры перегородок и анодов в первой зоне естественного предварительного нагревания и контролировать положение фронта дегазации.
Это изменение газового потока осуществляется между первой зоной естественного предварительного нагревания и второй зоной естественного предварительного нагревания, в частности, путем добавления потока газа, поступающего снаружи от перегородок, в поток газа, выходящий из второй зоны естественного предварительного нагревания, путем добавления потока охлаждающей текучей среды в поток, выходящий из второй зоны естественного предварительного нагревания, или путем отведения наружу по отношению к перегородкам части потока, выходящего из второй зоны естественного предварительного нагревания.
Первая зона естественного предварительного нагревания предпочтительным образом содержит собственную систему контроля, позволяющую регулировать температуру газов и расход газов, циркулирующих в этой первой зоне естественного предварительного нагревания, какова бы ни была температура газов и расход газов, выходящих из второй зоны естественного предварительного нагревания. Таким образом, обеспечивается разъединение контроля температуры газов и расхода газового потока, проходящего через первую зону естественного предварительного нагревания, и контроля температуры газов и расхода газового потока, выходящего из второй зоны естественного предварительного нагревания. Газы, выходящие из второй зоны естественного предварительного нагревания, однако, предпочтительным образом могут быть использованы для введения тепловой энергии, требуемой для поднятия температуры анодов в первой зоне естественного предварительного нагревания, предусмотренной путем регулирования.
Повышение температуры анодов и положение фронта дегазации в первой зоне естественного предварительного нагревания больше не является следствием, связанным только с тепловой энергией, переносимой газами в передней зоне или второй зоне естественного предварительного нагревания, как это имело место при использовании способов регулирования в соответствии с существующим уровнем техники, где весь поток газов, выходящий из второй зоны естественного предварительного нагревания, непосредственно и возможно более герметичным образом передается в направлении первой зоны естественного предварительного нагревания. Тепловая энергия газов может быть определена в зоне естественного предварительного нагревания печи, располагающейся позади фронта дегазации, при помощи расхода потока газов и температуры этих газов. В соответствии с предлагаемым изобретением можно только частично использовать тепловую энергию, переносимую газами, выходящими из второй зоны естественного предварительного нагревания, для того, чтобы регулировать повышение температуры перегородок и углеродсодержащих блоков в первой зоне естественного предварительного нагревания. При этом используется только желаемое количество тепловой энергии.
В соответствии с предлагаемым изобретением тепловые переносы, осуществляющиеся в этой первой зоне естественного предварительного нагревания, могут быть, таким образом, проконтролированы независимо от тепловых переносов, осуществляющихся во второй зоне естественного предварительного нагревания, а также в остальной части печи. Это позволяет оказывать влияние на поднятие температуры анодов в упомянутой первой зоне естественного предварительного нагревания и, таким образом, контролировать эту температуру. Контроль этого повышения температуры анодов в упомянутой первой зоне естественного предварительного нагревания позволяет контролировать выделение летучих горючих веществ и, соответственно, положение фронта дегазации в зоне естественного предварительного нагревания, в частности, при завершении цикла обжига.
Расход газов, циркулирующих в полых перегородках, может, таким образом, больше не ограничиваться требованиями, касающимися положения фронта дегазации.
Расход газов, циркулирующих в зоне нагнетания, в зоне обжига и во второй зоне естественного предварительного нагревания, больше является лишь вторичным среди прочих параметром для оказания влияния на тепловую передачу и повышение температуры анодов в первой зоне естественного предварительного нагревания, и этот расход газов позволяет обеспечить регулирование положения фронта дегазации таким образом, чтобы имелась возможность регулировать и контролировать положение фронта дегазации при любом расходе и при любой температуре газов, циркулирующих в зоне нагнетания, в зоне обжига и во второй зоне естественного предварительного нагревания. Этот расход, следовательно, может быть отрегулирован и увеличен достаточным образом для того, чтобы уменьшить или вообще устранить проблемы, связанные со сгоранием топлива, в частности, для того, чтобы содействовать сгоранию летучих горючих веществ.
Также, поскольку положение фронта дегазации может быть достаточно точно отрегулировано независимо от расхода газов, циркулирующих в зоне нагнетания, в зоне обжига и во второй зоне естественного предварительного нагревания, больше не ограничивается использование печей в неприспособленных условиях или в условиях, не допускавшихся ранее при использовании способов регулирования из существующего уровня техники.
Использование способа в соответствии с предлагаемым изобретением оказывается, таким образом, особенно предпочтительным для печи с перегородками без лабиринтных перемычек, внутри которых потери напора обычно являются относительно небольшими.
Использование способа в соответствии с предлагаемым изобретением также оказывается особенно предпочтительным в том случае, когда желательно эксплуатировать печь с длительными циклами функционирования, продолжительность которых превышает 33 часа.
Использование способа в соответствии с предлагаемым изобретением также оказывается особенно предпочтительным для печей больших размеров, имеющих в своем составе большое количество устройств нагревания, например 4 или более, и которые требуют введения значительного количества кислорода для обеспечения удовлетворительного сгорания топлива.
Использование способа в соответствии с предлагаемым изобретением также оказывается особенно предпочтительным в том случае, когда количество каменноугольной смолы в печи является особенно значительным и требует введения значительного количества кислорода для обеспечения удовлетворительного сгорания летучих и горючих материалов, например, в том случае, когда аноды имеют высокое содержание каменноугольной смолы, когда количество анодов в ячейках является значительным или когда сами эти аноды имеют большие размеры.
Способ в соответствии с предлагаемым изобретением допускает полную свободу в том, что касается регулирования расхода газов, циркулирующих в зонах печи, отличных от первой зоны естественного предварительного нагревания, внутри которых происходит сгорание первичного топлива и вторичного топлива. Таким образом, имеется возможность регулировать этот расход так, как это указано в уже известных и изложенных выше способах, например, при помощи расчета сгорания совокупности первичного топлива и вторичного топлива или при помощи выявления наличия дымовых газов с несгоревшими остатками топлива.
Имеется также возможность в еще большей степени увеличить этот расход и вывести его за пределы требуемых ранее величин. Этот расход предпочтительным образом позволяет отводить летучие и горючие материалы из ячеек в направлении полых перегородок с большим разрежением для обеспечения их полного сгорания. Следовательно, предпочтительным является увеличение этого расхода на несколько процентов выше того расхода, который является необходимым для предотвращения проблем со сгоранием, с тем, чтобы устранить проблемы существующего уровня техники, вызываемые неудовлетворительным отведением летучих горючих веществ, то есть наличием не отведенных паров каменноугольной смолы, остающихся в пыли и вызывающих нежелательное склеивание между анодами, между частицами пыли и анодами, или между частицами пыли и перегородками, или образующих хризеновые отложения каменноугольной смолы на поверхности ячеек.
В то же время, поскольку здесь больше нет необходимости сохранять область безопасности для того, чтобы регулировать расход газов по отношению к положению фронта дегазации, расход газов может быть существенно увеличен для того, чтобы эти газы постоянно были достаточно горячими в зоне против анодов на уровне фронта дегазации с тем, чтобы исключить явление холодной дегазации анодов.
Увеличение расхода газов, циркулирующих в полых перегородках, влечет за собой, следовательно, энергетическую оптимизацию печей вследствие того, что:
- все летучие горючие вещества отводятся в направлении полых перегородок;
- все летучие горючие вещества сгорают в полых перегородках, поскольку температура газов в этих перегородках является достаточно высокой для воспламенения этих летучих и горючих материалов;
- обеспечивается полное сгорание первичного топлива и вторичного топлива.
Результат такого баланса идет вразрез с принятыми идеями, подразумевающими, что энергетический коэффициент полезного действия печи оказывается уменьшенным в результате повышения расхода воздуха вследствие увеличения инфильтрации холодного воздуха в полых перегородках.
В соответствии с предлагаемым изобретением расход и температура газов, проходящих через первую зону естественного предварительного нагревания, могут быть разъединены с расходом и температурой газов, выходящих из второй зоны естественного предварительного нагревания, на протяжении всего цикла или на протяжении только части этого цикла.
В том случае, когда это разъединение имеет место только на части цикла, регулирование печи на протяжении другой части этого цикла представляет собой классическое регулирование известного типа, при осуществлении которого газы, выходящие из второй зоны естественного предварительного нагревания, входят в первую зону естественного предварительного нагревания без сколько-нибудь значительного изменения расхода или температуры.
В соответствии с другим аспектом предлагаемого изобретения это разъединение может также служить областью маневра, позволяющего обеспечить поддержание существенного расхода циркуляции газов в печи, поддерживая при этом фронт дегазации на разумном расстоянии от заднего устройства всасывания, но без его использования систематическим образом в каждом цикле и для каждой перегородки. Это означает, что способ в соответствии с предлагаемым изобретением заменяет известный классический способ в случае нежелательного отклонения.
В соответствии с первым вариантом реализации способа в соответствии с предлагаемым изобретением подвергают охлаждению газы, которые выходят из второй зоны естественного предварительного нагревания. Эти охлажденные газы при этом передают меньшее количество тепловой энергии на перегородки и на аноды, чего они не сделали бы в том случае, если бы они были переданы полностью непосредственным и герметичным образом, как это имеет место в известных способах. При этом регулируют охлаждение газов, которые выходят из этой второй зоны естественного предварительного нагревания, для того, чтобы контролировать повышение температуры анодов и позиционирование фронта дегазации.
Это охлаждение предпочтительным образом может быть осуществлено путем введения в перегородки наружного воздуха, находящегося за пределами перегородок, между первой и второй зонами естественного предварительного нагревания. Этот наружный воздух, который является существенно более холодным, чем газы, выходящие из второй зоны естественного предварительного нагревания, смешивается с газами, выходящими из этой второй зоны естественного предварительного нагревания, для того, чтобы обеспечить охлаждение этих газов перед их передачей в первую зону естественного предварительного нагревания. Газы, проходящие через первую зону естественного предварительного нагревания, имеют температуру, более низкую, чем температура газов, выходящих из второй зоны естественного предварительного нагревания. Количество вводимого наружного воздуха и температура этого наружного воздуха позволяют регулировать повышение температуры анодов и положение фронта дегазации.
Этот наружный воздух предпочтительным образом вводится через вентиляционные отверстия, располагающихся между первой и второй зонами естественного предварительного нагревания, для обеспечения охлаждения газов, выходящих из второй зоны естественного предварительного нагревания, в результате введения наружного воздуха. Этот наружный воздух всасывается в перегородки вследствие разрежения, имеющего место в перегородках зоны естественного предварительного нагревания, и проходит через первую зону естественного предварительного нагревания вместе с газами, выходящими из второй зоны естественного предварительного нагревания, вследствие всасывания при помощи заднего устройства всасывания, располагающегося позади первой зоны естественного предварительного нагревания.
Предпочтительным образом увеличивают расход газов, всасываемых при помощи стоек всасывания, для того, чтобы поддерживать расход потока газов, выходящих из второй зоны естественного предварительного нагревания, таким образом, чтобы контролировать положение фронта дегазации, не затрагивая при этом расход и температуру газов, проходящих через вторую зону естественного предварительного нагревания. Такой способ регулирования в соответствии с предлагаемым изобретением может быть осуществлен в существующих печах без необходимости их модификации. Этот способ состоит в новом подходе к регулированию печей с вращающейся областью огневого воздействия, но может быть также осуществлен совместно с классическим способом регулирования, известным из существующего уровня техники. Открытие вентиляционных отверстий при этом не взаимодействует с параметрами регулирования или безопасностью данной печи.
Способ в соответствии с предлагаемым изобретением идет вразрез со всеми предписаниями в области печей с вращающейся областью огневого воздействия, для которых рекомендуется поддерживать наивысший возможный уровень герметизации перегородок и ячеек на протяжении всей продолжительности обжига анодов для того, чтобы в максимально возможной степени ограничить просачивание наружного воздуха в перегородки. В соответствии с предлагаемым изобретением определяют место, где желательно ввести этот наружный воздух в перегородки, и регулируют количество этого наружного воздуха, вводимого в перегородки, таким образом, чтобы регулировать температуру и расход газов, циркулирующих в перегородках, располагающихся позади места входа наружного воздуха, независимо от температуры и расхода газов, циркулирующих в перегородках, располагающихся перед этим местом введения наружного воздуха. Это позволяет контролировать повышение температуры анодов и, следовательно, положение фронта дегазации.
Вентиляционные отверстия могут открываться вручную силами обслуживающего персонала печи или же автоматическим образом при помощи, например, системы клапанов, размещенных предварительно на вентиляционных отверстиях, располагающихся между первой зоной естественного предварительного нагревания и второй зоной естественного предварительного нагревания, причем эти клапаны могут быть приведены в действие для открытия соответствующих вентиляционных отверстий.
В соответствии с предлагаемым изобретением открытие упомянутых вентиляционных отверстий может быть полным или частичным, то есть обеспечивающим некоторое процентное значение открытия таким образом, чтобы регулировать количество воздуха, поступающего в перегородки, причем это процентное значение открытия вентиляционных отверстий может, тем не менее, изменяться с течением времени.
Способ в соответствии с предлагаемым изобретением предпочтительным образом включает этапы, состоящие, для каждой линии циркуляции потоков газа в полых перегородках, в измерении температуры в по меньшей мере одной заданной точке зоны естественного предварительного нагревания; в сравнении этой измеренной температуры с соответствующим заданным ее значением; и в осуществлении действий, обеспечивающих охлаждение газов, выходящих из второй зоны естественного предварительного нагревания, перед их прохождением через первую зону естественного предварительного нагревания в зависимости от результатов упомянутого сравнения, например, путем открытия вентиляционных отверстий на такую процентную величину, которая зависит от результатов упомянутого сравнения. Говоря более конкретно, температура измеряется в первой зоне естественного предварительного нагревания и/или во второй зоне естественного предварительного нагревания, затем подвергается сравнению с некоторым заданным эталонным значением, выведенным из закона, выражающего изменение температуры с течением времени.
Управление действием охлаждения газов, которые выходят из второй зоны естественного предварительного нагревания, перед их прохождением через первую зону естественного предварительного нагревания, в то же время может предпочтительным образом быть определено в зависимости от времени, в частности на некотором периоде каждого цикла. Упомянутые вентиляционные отверстия могут быть открыты, например, на половину своего полного открытия на протяжении некоторого конкретного периода в начале или в конце каждого цикла.
Предпочтительным образом способ в соответствии с предлагаемым изобретением дополнительно включает этап, который состоит в установке на вентиляционных отверстиях печи множества гибких манжет, снабженных системой клапанов, предназначенных для открытия и закрытия этих вентиляционных отверстий. Другие автоматизированные устройства, предназначенные для частичного или полного открытия упомянутых вентиляционных отверстий, также могут рассматриваться в рамках предлагаемого изобретения.
Имеется возможность регулировать расход циркуляции газов в перегородках таким образом, чтобы вся совокупность горючих веществ, вводимых при помощи по меньшей мере одной горелки или при помощи по меньшей мере одной форсунки впрыскивания топлива, а также при помощи летучих горючих веществ, сгорала.
Здесь также имеется возможность регулировать расход циркуляции газов в перегородках следующим образом: для каждой линии циркуляции газов обеспечивают измерение уровня дымовых газов в перегородках, в частности, посредством измерения непрозрачности или измерения содержания в них окиси углерода (СО); выполняют сравнение этой измеренной величины с соответствующей заданной эталонной величиной; и обеспечивают управление корректировкой расхода циркуляции газов в зависимости от результатов этого сравнения.
Во втором варианте реализации способа в соответствии с предлагаемым изобретением отводят по меньшей мере часть газов, выходящих из второй зоны естественного предварительного нагревания, за пределы полых перегородок. Эта часть газов, отведенная за пределы полых перегородок, не проходит через первую зону естественного предварительного нагревания и не принимает, таким образом, участие в повышении температуры перегородок и углеродсодержащих блоков в первой зоне естественного предварительного нагревания. Этот способ в соответствии с предлагаемым изобретением также идет вразрез с идеями, принятыми в области регулирования печей, которые способствует максимально выгодному использованию тепловой энергии, переносимой газами, для реализации поднятия температуры анодов и полых перегородок.
В соответствии с предпочтительным способом реализации предлагаемого изобретения заднее устройство всасывания содержит, на каждую перегородку, первую стойку всасывания и вторую стойку всасывания газов, каждая из которых снабжена системой клапанов, и эту первую стойку всасывания устанавливают на вентиляционном отверстии, располагающемся позади первой зоны естественного предварительного нагревания, и вторую стойку всасывания устанавливают на вентиляционном отверстии, располагающемся между первой зоной естественного предварительного нагревания и второй зоной естественного предварительного нагревания. При этом имеется возможность управлять упомянутой системой клапанов таким образом, чтобы регулировать расход потока газов, проходящих через первую зону естественного предварительного нагревания.
В соответствии с другим предпочтительным способом реализации предлагаемого изобретения задерживают перемещение заднего устройства всасывания по отношению к остальной части вращающейся системы нагревания. В соответствии с этим способом реализации первая зона естественного предварительного нагревания соответствует, говоря более конкретно, первой находящейся в активном режиме камере данной печи. На протяжении первой части цикла заднее устройство всасывания не будет размещено позади первой зоны естественного предварительного нагревания. Таким образом, воздух, выходящий из второй зоны естественного предварительного нагревания, в процессе осуществления первой части цикла не будет проходить через первую зону естественного предварительного нагревания и не будет использоваться для повышения температуры перегородок и анодов. Этот способ реализации представляет, в то же время, преимущество, которое состоит в том, что повышение температуры анодов осуществляется достаточно быстро, поскольку газы, выходящие из второй зоны естественного предварительного нагревания, после смещения устройства всасывания имеют высокую температуру по сравнению, в частности, с газами, выходящими из второй зоны естественного предварительного нагревания в начале цикла. Этот способ реализации не нарушает безопасности печи, поскольку фронт дегазации здесь оказывается в достаточной степени удаленным от заднего устройства всасывания в начале цикла.
Перемещение заднего устройства всасывания управляется исходя из некоторого заданного эталонного момента времени, предварительно определенного, например, по результатам расчета или экспериментальным путем.
Также каждая линия циркуляции газов регулируется индивидуально таким образом, чтобы обеспечить возможность совершенного выравнивания фронтов дегазации между различными линиями циркуляции газов и получить наилучшую однородность обжига.
В способах, известных из существующего уровня техники, где главным рычагом регулирования процесса поднятия температуры анодов в зоне естественного предварительного нагревания является расход нагнетаемого и всасываемого воздуха, дисперсия расходов между различными линиями циркуляции может вызывать дисперсию уровней поднятия температуры и обжига анодов, которая заставляет подвергать избыточному обжигу некоторую часть анодов для того, чтобы обеспечить минимальное качество совокупности этих анодов, что приводит, тем самым, к ухудшению энергетических характеристик печи. Способ в соответствии с предлагаемым изобретением предпочтительным образом позволяет обеспечить более точное регулирование повышения температуры в первой зоне естественного предварительного нагревания и, соответственно, наилучшую однородность обжига. Также повышение температуры анодов и позиционирование фронта дегазации здесь больше не зависит непосредственно от нагнетаемого или всасываемого расхода, причем расходы могут, например, поддерживаться идентичными для всех линий циркуляции газов, что позволяет обеспечить наилучшую однородность обжига в данной печи.
Предпочтительным образом ограничивают температуру анодов величиной 250°С в первой зоне естественного предварительного нагревания таким образом, чтобы исключить явление холодной дегазации анодов и слишком значительное продвижение фронта дегазации.
Можно также, в соответствии с предлагаемым изобретением, разработать способ регулирования, в котором первая зона естественного предварительного нагревания печи содержит автономную систему нагревания и в котором реализуется регулируемое повышение температуры анодов в первой зоне естественного предварительного нагревания посредством этой автономной системы нагревания. Здесь под выражением "автономная система нагревания" следует понимать то, что первая зона естественного предварительного нагревания отсоединена от остальной части печи. Эта автономная система нагревания может, например, содержать горелки.
Предлагаемое изобретение относится также к печи, предназначенной для обжига анодов, используемых в производстве алюминия при помощи электролиза, и содержащей:
- полые продольные перегородки, в каждой из которых может циркулировать, с некоторым расходом, поток горячих газов обжига, имеющих некоторую температуру, причем эти полые перегородки определяют между собой ячейки, предназначенные для размещения в них анодов, подлежащих обжигу, и содержащие множество вентиляционных отверстий;
- систему нагревания, вращающуюся по отношению к упомянутым полым перегородкам, которая содержит переднее устройство, состоящее из нескольких стоек нагнетания воздуха в различные полые перегородки, заднее устройство, состоящее из нескольких стоек всасывания газов из различных полых перегородок, и располагающееся между упомянутыми передним и задним устройствами по меньшей мере одно устройство нагревания, снабженное по меньшей мере одной горелкой или по меньшей мере одной форсункой впрыскивания топлива в расчете на перегородку,
причем линии, предназначенные для циркуляции потоков газа в полых перегородках, сформированы в этих полых перегородках между упомянутыми стойками нагнетания и упомянутыми стойками всасывания соответственно,
и зона естественного предварительного нагревания печи определяется позади устройства нагревания, причем в этой зоне аноды высвобождают летучие горючие вещества, сгорающие в упомянутых полых перегородках, образуя при этом фронт дегазации для предварительного нагревания газов, перегородок и анодов, причем эта зона естественного предварительного нагревания разделяется на по меньшей мере одну первую зону естественного предварительного нагревания, располагающуюся на некотором первом расстоянии от устройства нагревания, и некоторую вторую зону естественного предварительного нагревания, располагающуюся на некотором втором расстоянии от устройства нагревания, и упомянутое первое расстояние является более значительным, чем упомянутое второе расстояние,
отличающейся тем, что эта печь адаптирована для осуществления способа в соответствии с одним из описанных выше вариантов его реализации и имеет в своем составе:
- средства измерения температуры в зоне естественного предварительного нагревания;
- средства анализа, способные обеспечить сравнение этой температуры с соответствующим заданным значением;
- средства управления, способные управлять действием охлаждения газов, проходящих через первую зону естественного предварительного нагревания, в зависимости от результатов сравнения, выполненного при помощи упомянутых средств анализа.
Эта печь в соответствии с предлагаемым изобретением дополнительно может содержать средства охлаждения, имеющие возможность охлаждать газы, выходящие из второй зоны естественного предварительного нагревания, перед тем, как эти газы проходят через первую зону естественного предварительного нагревания. Эти средства охлаждения представляют собой, например, вентиляционные отверстия, которые могут быть открыты, или гибкие манжеты, вставленные в эти вентиляционные отверстия и снабженные системой клапанов, предназначенных для корректировки процентной величины открытия этих вентиляционных отверстий.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже приведено описание нескольких возможных способов реализации предлагаемого изобретения, использованное здесь в качестве не являющегося ограничительным примера, где даются ссылки на приведенные в приложении чертежи, среди которых:
- фиг.1 представляет собой частичный схематический вид в изометрии типичной печи для обжига анодов, на которой может быть осуществлен способ в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.2 представляет собой вид сверху печи, показанной на фиг.1;
- фиг.3 представляет собой схематический вид сбоку перегородок печи, показанной на фиг. 1 и 2;
- фиг.4 представляет собой подробный схематический вид сбоку участка перегородок печи в процессе примера исполнения вручную первого способа реализации в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.5 представляет собой график, демонстрирующий изменение во времени температуры газов, измеренной в первой зоне естественного предварительного нагревания и во второй зоне естественного предварительного нагревания в способе реализации в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.6 представляет собой график, демонстрирующий изменение во времени степени разрежения, измеренного во второй зоне естественного предварительного нагревания, и открытия заслонки всасывания стойки всасывания в способе реализации в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.7 представляет собой подробный схематический вид сбоку участка перегородок печи в процессе примера автоматического исполнения первого способа реализации в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.8 представляет собой график, демонстрирующий изменение во времени температуры газов в перегородках по отношению к эталонному закону ее изменения в том случае, когда эта температура газов измеряется во второй зоне естественного предварительного нагревания;
- фиг.9 представляет собой график, демонстрирующий изменение во времени температуры газов в перегородках по отношению к эталонному закону ее изменения в том случае, когда эта температура газов измеряется в первой зоне естественного предварительного нагревания или позади этой первой зоны;
- фиг.10 представляет собой подробный схематический вид сбоку участка перегородок печи в процессе примера автоматического исполнения второго способа реализации в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.11 представляет собой график, демонстрирующий общее изменение температуры газов и анодов в печи с использованием способа в соответствии с предлагаемым изобретением и классического способа.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приведенное ниже подробное описание основывается на применении предлагаемого изобретения к установкам, имеющим в своем составе печь с вращающейся областью огневого воздействия и с камерами, таким, например, которые показаны на фиг. 1-3. Однако предлагаемое изобретение не ограничивается печами этого типа. В частности, предлагаемое изобретение также применимо к установкам, имеющим в своем составе печь без промежуточных поперечных стен.
Печь 1 содержит теплоизолированную камеру 2, по существу имеющую форму параллелепипеда, по отношению к которому определяется продольное направление Х и поперечное направление Y. В камере 2 располагаются поперечные стенки 3, определяющие камеры С, последовательно расположенные вдоль направления Х. В каждой камере С предусмотрены полые перегородки 4, располагающиеся в продольном направлении и образующие между собой удлиненные ячейки 5. Каждая камера С содержит, таким образом, несколько полых перегородок с 4а по 4i, как это проиллюстрировано на фиг.2.
Эти полые перегородки 4 содержат тонкие боковые стенки 6, обычно отделенные друг от друга перемычками 7 и лабиринтными перемычками 8. Концы полых перегородок содержат отверстия 10 и вставлены в вырезы 9 поперечных стенок 3. Сами эти вырезы 9 снабжены отверстиями 10′, располагающимися против отверстий 10, выполненных в перегородках 4, для того, чтобы обеспечить возможность прохождения газов, циркулирующих в этих перегородках 4, из одной камеры С в следующую камеру. Перегородки 4 содержат, кроме того, вентиляционные отверстия 11 или отверстия, которые служат, в частности, для введения средств нагревания (таких, как топливные форсунки или горелки), стоек 12 всасывания заднего устройства 13 всасывания, присоединенных к главному трубопроводу 14, проходящему вдоль печи 1, стоек нагнетания воздуха, датчиков измерительного оборудования (таких, как термопары, приборы для измерения мутности), оборудования, предназначенного для выполнения технического обслуживания, и т.п.
Как это более конкретно можно видеть на фиг.2, камеры С образуют длинную галерею 15 в продольном направлении и печь 1 обычно содержит две такие параллельные друг другу галереи, каждая из которых имеет длину порядка сотни метров, разграниченные центральной стенкой 16. В каждой галерее 15 имеются, таким образом, продольные линии перегородок 4.
В ячейки 5 укладываются штабелями сырые углеродсодержащие блоки 17, то есть подлежащие обжигу аноды, после чего эти ячейки 5 заполняются гранулированным или пылевидным материалом 18 (обычно приготовленным на основе кокса), называемым "пылью", который окружает эти блоки 17 и защищает их в процессе обжига.
Печь для обжига анодов также имеет в своем составе систему нагревания, которая обычно содержит: переднее устройство 19 нагнетания, состоящее из нескольких стоек 20 нагнетания воздуха в различные перегородки 4 камеры 20 (через отверстия 11), два или три устройства 21, 22, 23 нагревания, каждое из которых состоит из одной или двух горелок или топливных форсунок на каждую перегородку, и заднее устройство 13 всасывания, состоящее из нескольких стоек 12 всасывания газов из различных перегородок 4 камеры С (через отверстия 11).
Как это можно видеть на фиг.3, различные элементы, образующие систему нагревания, располагаются на некотором расстоянии друг от друга в соответствии со следующей типичной фиксированной конфигурацией: устройство 19 нагнетания воздуха располагается на входе данной камеры С1; первое устройство 21, содержащее горелки или форсунки, располагается поверх пятой камеры С5 позади устройства 19 нагнетания воздуха, второе устройство 22, содержащее горелки или форсунки, располагается поверх камеры С6 и находится непосредственно позади первого устройства 21, третье устройство 23, содержащее горелки или форсунки, располагается поверх камеры С7 и находится непосредственно позади второго устройства 22; и устройство 13 всасывания располагается на выходе из третьей камеры С10 позади третьего устройства 23.
В более общем смысле относительное положение различных элементов всегда является одним и тем же (а именно, если смотреть в направлении распространения области огневого воздействия, располагаются устройство 19 нагнетания, устройства 21, 22, 23, содержащие горелки или форсунки, и устройство 13 всасывания). Однако разнесение (по количеству камер) между этими элементами может быть различным от одной печи к другой. Так, например, первое устройство 21, содержащее горелки или форсунки, может быть позиционировано поверх камеры С4 или поверх камеры С3. В то же время устройство 13 всасывания может быть расположено на выходе из второй камеры позади третьего устройства 23. Также количество устройств, содержащих горелки или форсунки, может изменяться, обычно в диапазоне от 2 до 4 единиц.
В процессе выполнения операций классического обжига, известных из существующего уровня техники, воздух нагнетается через стойки 20 нагнетания. Этот воздух, смешанный с первичным топливом, впрыскиваемым через устройства 21, 22, 23, содержащие горелки или форсунки, и с вторичным топливом, производимым в результате обжига анодов, циркулирует в продольных линиях перегородок 4, перемещаясь из одной камеры в другую и следуя по траектории, или линии циркуляции, образованной лабиринтными перемычками 8, переходя из одной перегородки в другую через отверстия 10, вплоть до его всасывания при помощи стоек 12 всасывания. Эти стойки всасывания содержат заслонки всасывания, процентная величина открытия которых позволяет обеспечить регулирование разрежения в перегородках печи. Такая печь или, говоря более конкретно, ее перегородки и ячейки закрываются возможно более герметичным образом для того, чтобы ограничить в максимально возможной степени просачивание внутрь печи холодного наружного воздуха или просачивание наружу горячего воздуха из этой печи.
Между стойкой 20 нагнетания и соответствующей стойкой 12 всасывания имеется в целом продольная линия 24 циркуляции газов вдоль последовательно расположенных перегородок 4. Здесь выражение "в целом продольная" следует понимать в том смысле, что газы движутся от стойки нагнетания и до соответствующей стойки всасывания, в целом вдоль направления Х, локальным образом осуществляя при этом вертикальные движения обычно волнообразного характера, как это проиллюстрировано на фиг.3. Как уже было сказано выше, поток газов образован воздухом, газообразными продуктами сгорания впрыскиваемого жидкого или газообразного первичного топлива и летучими горючими веществами, выделяющимися из углеродсодержащих блоков 17 (так называемое вторичное топливо). Тепловая энергия, производимая в результате сгорания первичного топлива и вторичного топлива, передается к углеродсодержащим блокам 17, располагающимся в ячейках 5, что обеспечивает их обжиг.
Операция обжига углеродсодержащих блоков, для данной камеры С, типичным образом включает следующие этапы: загрузка ячеек 5 этой камеры С сырыми углеродсодержащими блоками 17, нагревание этой камеры С вплоть до температуры обжига этих углеродсодержащих блоков 17 (которая обычно имеет величину в диапазоне от 1100°С до 1200°С), охлаждение камеры С вплоть до температуры, которая позволяет обеспечить выгрузку обожженных углеродсодержащих блоков, и охлаждение камеры С вплоть до температуры окружающей среды.
Принцип вращающейся области огневого воздействия состоит в последовательном осуществлении цикла нагревания на камерах печи путем перемещения системы нагревания. Таким образом, данная камера последовательно проходит через фазы естественного предварительного нагревания (при помощи горячих газов, циркулирующих в перегородках), форсированного нагревания и продувки. Зона обжига формируется при помощи совокупности камер, располагающихся между устройством нагнетания и устройством всасывания. На фигурах 2 и 3 направление перемещения области огневого воздействия представлено стрелкой F.
Четыре первые камеры, обозначенные позициями с С1 по С4 и располагающиеся вдоль устройства 19 нагнетания, представляют собой так называемые зоны BL нагнетания, обозначенные соответственно позициями BL4, BL3, BL2 и BL1. В этих камерах присутствует избыточное давление. Аноды, которые размещаются в этих зонах, являются уже обожженными и подвергаются охлаждению путем продувки воздухом, что имеет следствием повышение температуры продуваемого воздуха, который затем будет использоваться для обеспечения сгорания топлива. Шесть следующих камер, обозначенных позициями с С5 по С10 и располагающихся вплоть до устройства 13 всасывания, представляют собой зоны разрежения. По существу на стыке между двумя этими группами камер располагается "нулевая точка" Р0, то есть та точка, в которой давление в печи 1 является по существу равным атмосферному давлению. Эта нулевая точка располагается перед первым устройством нагревания для того, чтобы исключить обратный выброс продуктов сгорания в окружающую среду в результате их просачивания наружу.
Обычно предусматривается устройство 25 забора давления или так называемое устройство 25 нулевой точки (PZR), установленное фиксированным образом по отношению к системе нагревания для того, чтобы регулировать давление в этой нулевой точке. В представленном здесь примере реализации это устройство 25 нулевой точки располагается на уровне вентиляционных отверстий 11 перегородки 4, располагающихся в наиболее заднем положении в последней камере С4, BL1, размещенной в зоне нагнетания. Однако это устройство 25 нулевой точки может быть размещено в той или иной другой точке зоны BL нагнетания.
В зоне разрежения последовательно располагаются, если смотреть в направлении спереди назад:
- зона HR нагревания на уровне камер С5, С6 и С7, располагающихся под тремя устройствами 21, 22, 23 нагревания, содержащая в двух первых камерах С5, С6 зону форсированного нагревания, зоны HR3, HR2 соответственно, и содержащая в следующей камере С7 зону HR1 форсированного предварительного нагревания. Температура воздуха, предварительно нагретого в зонах BL нагнетания, является достаточной для обеспечения воспламенения и сгорания топлива;
- зона PN естественного предварительного нагревания на уровне камер С8, С9 и С10, соответственно зоны PN3, PN2 и PN1. Горячие газы, поступающие из зоны нагревания, позволяют обеспечить воспламенение летучих и горючих материалов, высвобождающихся из углеродсодержащих блоков в процессе их предварительного нагревания в зоне предварительного нагревания.
Камера С, располагающаяся сразу после устройства 13 всасывания (то есть камера, занимающая самую правую позицию на фиг.3) и называемая мертвой камерой, представляет собой камеру, готовую принять сырые углеродсодержащие блоки 17, которые, таким образом, будут последовательно подвергаться воздействию, после того, как система нагревания будет перемещена в направлении F смещения области огневого воздействия, и перед выгрузкой уже обожженных и охлажденных анодов: естественного предварительного нагревания (в зонах PN1, PN2, затем PN3), форсированного предварительного нагревания (в зоне HR1), форсированного нагревания (в зоне HR2, затем в зоне HR3), и затем продувки (в зонах BL1, BL2, BL3, затем в зоне BL4).
Система нагревания также имеет в своем составе устройство измерения температуры, которое обычно содержит по меньшей мере один пирометрический датчик или термопару 26 на каждое устройство нагревания и на каждую перегородку, каждый из которых располагается непосредственно позади каждого устройства 21, 22, 23 нагревания.
Кроме того, предусматривается по меньшей мере одно устройство 27 измерения давления и/или температуры (TPR), располагающееся между первым устройством 23 нагревания и устройством 13 всасывания, то есть в зоне PN. В примере реализации, представленном на фигурах 2 и 3, имеется одно единственное устройство TPR, обеспечивающее возможность одновременного измерения температуры и давления. Это устройство позиционируется на уровне той же камеры С10, что и устройство 13 всасывания, то есть в первой камере естественного предварительного нагревания PN1, например, в вентиляционном отверстии 11, располагающемся в наиболее передней части этой камеры.
В соответствии с одним из возможных вариантов реализации предлагаемого изобретения давление и температура могут быть измерены в различных местах в зоне естественного предварительного нагревания. При этом имеются отличающиеся друг от друга устройство для измерения температуры и устройство для измерения давления. Предпочтительным образом измерение температуры осуществляется в зоне PN1, тогда как измерение давления может быть осуществлено в любой точке зоны PN.
В тексте данного описания выражение "измерительное устройство 27" или "измерительное устройство TPR" будет использовано для обозначения средства измерения температуры и давления, в случае необходимости, в различных местах в зоне PN.
Способ регулирования в соответствии с предлагаемым изобретением имеет целью разъединить режим регулирования температуры анодов в первой зоне Z1 естественного предварительного нагревания и режим регулирования температуры анодов в остальной части печи 1 таким образом, чтобы контролировать положение фронта дегазации, и разъединить положение этого фронта дегазации от температуры газов и расхода газов, циркулирующих в перегородках 4 перед этой первой зоной Z1 естественного предварительного нагревания. Таким образом, зона естественного предварительного нагревания оказывается разделенной на две различные зоны, то есть на первую зону Z1 естественного предварительного нагревания и вторую зону Z2 естественного предварительного нагревания с различными режимами регулирования температуры. Вторая зона Z2 естественного предварительного нагревания представляет собой часть зоны PN естественного предварительного нагревания, наиболее близкую к зоне HR нагревания, а первая зона Z1 естественного предварительного нагревания располагается позади этой второй зоны Z2 естественного предварительного нагревания.
Согласно первому способу реализации в соответствии с предлагаемым изобретением вводят наружный воздух в перегородки 4 в строго определенной точке печи, располагающейся между первой и второй зонами естественного предварительного нагревания, для того, чтобы этот воздух смешивался с потоком газов, циркулирующим в полых перегородках 4, и обеспечивал охлаждение этих газов.
Такой способ реализации предпочтительным образом может быть осуществлен на существующей печи 1, такой, например, которая была описана выше, без необходимости ее структурной модификации.
Способ в соответствии с предлагаемым изобретением содержит, например:
- регулировку расхода D циркуляции внутри перегородок 4, не заботясь при этом о влиянии этой регулировки на позиционирование фронта дегазации в печи 1; этот расход может быть определен, например, таким образом, чтобы вся совокупность первичного и вторичного топлива могла оказаться полностью сгоревшей, или путем непрерывной корректировки в зависимости, например, от измерений прибора для определения мутности дыма или детектора содержания окиси углерода; такой расход, кроме того, может быть повышенным на несколько процентов для того, чтобы улучшить, например, отведение летучих и горючих материалов из ячеек в направлении полых перегородок и повысить температуру газов в зоне PN1 для обеспечения лучшего воспламенения этих летучих и горючих материалов;
- регулировку законов поднятия температуры газов в перегородках 4 печи, как это известно из способов существующего уровня техники;
- измерение, для каждой перегородки 4, температуры при помощи измерительного устройства 27 и, в том случае, когда эта температура достигает заданной эталонной величины, перекрытие вентиляционного отверстия 11′, располагающегося позади этого измерительного устройства, или, говоря более конкретно, позади вентиляционного отверстия 11′, располагающегося непосредственно позади упомянутого измерительного устройства, вплоть до окончания текущего цикла.
В том случае, когда вентиляционное отверстие 11′ открыто, поток 30 наружного воздуха, более холодного, чем газы потока 31 газов, циркулирующих в данной перегородке, спонтанно вводится в эту перегородку 4 вследствие того, что эта перегородка находится под разрежением в зоне PN естественного предварительного нагревания. Поток 30 наружного воздуха смешивается при этом с потоком 31 циркулирующих газов и охлаждает эти газы таким образом, чтобы газы в потоке, образованном сложением потоков 30 и 31 и циркулирующем в данной перегородке позади открытого вентиляционного отверстия 11′, имели температуру, более низкую, чем температура газов в потоке 31 перед открытым вентиляционным отверстием 11′.
Повышение температуры анодов при этом замедляется, и даже может остановиться, в промежутке между моментом открытия вентиляционного отверстия и окончанием цикла. Таким образом, открытие вентиляционного отверстия 11′ позволяет контролировать повышение температуры анодов, располагающихся позади этого вентиляционного отверстия, и контролировать, таким образом, положение фронта дегазации в печи 1, причем это может быть сделано независимо от температуры и расхода газов, циркулирующих в перегородках перед открытым вентиляционным отверстием 11′.
Открытие вентиляционного отверстия 11′ предпочтительным образом не взаимодействует с другими параметрами регулирования печи, поскольку измерительное устройство 27 располагается перед этим открытым вентиляционным отверстием 11′. Таким образом, это измерительное устройство 27 не выявляет падения температуры газов, циркулирующих в перегородках позади открытого вентиляционного отверстия 11′. Это измерительное устройство 27 также выявляет изменение уровня разрежения, связанное с открытием вентиляционного отверстия 11′, таким образом, что устройство регулирования печи управляет более значительным открытием заслонки всасывания стойки 12 всасывания для того, чтобы компенсировать количество наружного воздуха, вводимого в перегородку через открытое вентиляционное отверстие 11′, и поддерживать постоянный уровень разрежения в печи 1 перед открытым вентиляционным отверстием и, таким образом, постоянный расход газов перед этим открытым вентиляционным отверстием 11′.
Открытие этого вентиляционного отверстия 11′ не подразумевает, в то же время, какой-либо модификации предохранительных устройств печи.
Определение законов повышения температуры газов в перегородках печи представляет собой текущую работу специалиста в области печей с вращающейся зоной огневого воздействия. Этот специалист в данной области техники может, в то же время, принять во внимание влияние открытия вентиляционных отверстий 11′ в процессе этого определения.
Такой способ реализации был осуществлен на протяжении нескольких месяцев на печи 1 с лабиринтными перемычками, содержащей 52 камеры, 10 перегородок, 9 ячеек, 21 анод в каждой ячейке и функционирующей с газовой системой нагревания. Система нагревания этой печи 1 соответствует системе нагревания, представленной на фиг.3, с 10 активными камерами и с 3 устройствами 21, 22, 23 нагревания.
Изобретатели предпочли протестировать функционирование этой печи 1 с особенно продолжительными циклами, имеющими длительность 36 часов, таким образом, чтобы ограничить количество анодов, производимых данной печью, и уменьшить количество газа, расходуемого для изготовления этих анодов.
Поскольку реализация столь продолжительных циклов при использовании классических способов регулирования, известных из существующего уровня техники, является весьма затруднительной и не оптимальной вследствие невозможности одновременного обеспечения полного сгорания первичного и вторичного топлива и удержания фронта дегазации на достаточном удалении от устройства всасывания по соображениям безопасности, изобретатели предпочтительным образом реализовали новый способ регулирования в соответствии с предлагаемым изобретением.
Изобретатели стремились обеспечить позиционирование фронта дегазации в конце цикла достаточно близко к устройству 13 всасывания, то есть добиться того, чтобы этот фронт дегазации в конце цикла оказался в точке перехода поперечной стены между камерой, находящейся в зоне PN1, и камерой, находящейся в зоне PN2. Это позиционирование достаточно близко к устройству всасывания является желательным, поскольку оно в максимально возможной степени ограничивает опасность явлений холодной дегазации. В то же время оно оказывается возможным, поскольку здесь имеется возможность достаточно точно контролировать позиционирование этого фронта дегазации, которое больше не является зависящим от многочисленных непредвиденных ситуаций функционирования печи, которые ранее делали необходимым поддержание достаточно большой области безопасности.
Для этого осуществляют полное открытие вентиляционных отверстий 11′, располагающихся непосредственно позади измерительного устройства, как это можно видеть на фиг.4, в том случае, когда температура газов, измеренная этим измерительным устройством 27, достигает величины 750°С. Первая зона Z1 естественного предварительного нагревания соответствует при этом зоне, располагающейся между вентиляционными отверстиями 11′ и задним устройством 13 всасывания, тогда как вторая зона Z2 естественного предварительного нагревания соответствует той зоне естественного предварительного нагревания, которая располагается перед вентиляционными отверстиями 11′. После их открытия эти открытые вентиляционные отверстия 11′ остаются открытыми вплоть до окончания цикла. Эта операция, таким образом, является весьма простой и может быть полностью осуществлена вручную силами обслуживающего персонала.
При этом обслуживающий персонал наблюдает на контрольном экране 32 за температурой, измеренной при помощи измерительного устройства 27 для каждой из перегородок, и в том случае, когда эта температура достигает заданной величины, составляющей 750°С, этот обслуживающий персонал вручную открывает вентиляционное отверстие 11′ соответствующей полой перегородки. Обслуживающий персонал поступает таким же образом для каждой из полых перегородок 4. При этом способ в соответствии с предлагаемым изобретением не требует для своего осуществления какого-либо дополнительного оборудования по сравнению с оборудованием, существующим на печах традиционного типа.
Предпочтительным образом в концевых перегородках, в которых количество высвобождаемого вторичного топлива является наполовину меньшим, чем в других перегородках, окруженных двумя ячейками, эта заданная величина температуры для открытия вентиляционных отверстий доходит до 850°С.
После открытия вентиляционных отверстий, как это можно видеть на фиг.4, поток 30 наружного воздуха вводится в полую перегородку 4 для добавления к потоку 31 газов и смешивания с этим потоком газов, поступающих из второй зоны Z2 естественного предварительного нагревания, для того, чтобы циркулировать в первой зоне Z1 естественного предварительного нагревания.
На фиг.5 продемонстрированы совместно кривая 40, представляющая изменение во времени (здесь время t выражено в часах) температуры (здесь температура Т выражена в °С) газов, измеренной при помощи измерительного устройства 27, и кривая 42, представляющая изменение во времени температуры газов, измеренной внутри заднего устройства 13 всасывания, в процессе осуществления цикла. Температура газов на уровне измерительного устройства 27, и, следовательно, во второй зоне Z2 естественного предварительного нагревания, продолжает свой равномерный подъем на протяжении всего цикла, тогда как температура газов на уровне заднего устройства 13 всасывания, и, следовательно, в первой зоне Z1 естественного предварительного нагревания, резко понижается в том случае, когда температура, измеренная при помощи измерительного устройства, достигает заданного значения, составляющего 750°С, то есть в том случае, когда вентиляционное отверстие 11′ оказывается открытым. Первая зона Z1 естественного предварительного нагревания представляет собственный режим повышения температуры газов, содержащий разрыв равномерности этого повышения температуры в момент открытия вентиляционного отверстия 11′.
В то же время на фиг.6 показана кривая 44, представляющая результаты измерения степени разрежения (давление Р, выраженное в паскалях) во времени при помощи измерительного устройства 27, совместно с кривой 46, представляющей процентную величину открытия (выраженную в %) во времени заслонки всасывания в стойке 12 всасывания. Здесь следует отметить, что в момент открытия вентиляционного отверстия 11' (приблизительно через 30 часов после начала цикла) степень разрежения остается стабильной и непрерывной на уровне измерительного устройства 27, как этого стремились добиться при помощи системы регулирования, таким образом, чтобы расход потока 31 газов, проходящих через вторую зону естественного предварительного нагревания и выходящих из этой второй зоны Z2 естественного предварительного нагревания, оставался в целом стабильным и непрерывным. Однако расход потока газов, проходящих через первую зону Z1 естественного предварительного нагревания, значительно увеличивается после открытия вентиляционного отверстия 11', как это продемонстрировано при помощи кривой 46. Это обстоятельство объясняется сложением расхода газового потока 31, выходящего из второй зоны Z2 естественного предварительного нагревания, с расходом потока 30 наружного воздуха, поступающего через открытое вентиляционное отверстие 11'.
Таким образом, разъединяют контроль расхода потока газов и температуры этих газов, проходящих через первую зону Z1 естественного предварительного нагревания, и контроль расхода потока газов и температуры этих газов, выходящих из второй зоны Z2 естественного предварительного нагревания. При этом регулируют повышение температуры перегородок и углеродсодержащих блоков в первой зоне Z1 естественного предварительного нагревания, обеспечивая регулирование поступления наружного воздуха. В описанном выше примере реализации это поступление наружного воздуха регулируют путем воздействия на тот момент времени, когда производится открытие вентиляционного отверстия 11'.
В том случае, когда повышение температуры газов, циркулирующих в одной перегородке 4, оказывается запаздывающим по отношению к поднятию температуры газов, циркулирующих в других перегородках 4, открытие вентиляционного отверстия 11' этой перегородки осуществляется с задержкой по отношению к другим вентиляционным отверстиям 11' таким образом, чтобы повышение температуры этой перегородки в первой зоне Z1 естественного предварительного нагревания восполняло запаздывание повышения температуры по отношению к другим перегородкам так, чтобы фронты дегазации выравнивались симметричным образом. Это выравнивание фронтов дегазации повышает однородность температур в печи и существенно улучшает энергетический коэффициент полезного действия этой печи 1.
Таким образом, изобретатели установили, для функционирования печи при использовании циклов, имеющих продолжительность 36 часов, и при открытии вентиляционных отверстий 11' при заданной температуре, составляющей 750°С по данным, полученным от измерительного устройства 27, что упомянутое открытие производится в среднем примерно за 6 часов до окончания цикла.
Другие эксперименты, выполненные на одной и той же печи при использовании циклов, имеющих продолжительность 28 часов и 26 часов, и при открытии вентиляционных отверстий 11' при заданной температуре, составляющей 750°С по данным от измерительного устройства 27, позволяют констатировать, что упомянутое открытие производится, соответственно, за 2 часа и за 4 часа до окончания цикла.
Таким образом, способ в соответствии с предлагаемым изобретением может быть применен при использовании любой продолжительности цикла.
На фиг.11 представлен график, позволяющий сравнить в общем случае повышение температуры газов (верхние кривые) и повышение температуры анодов (нижние кривые) в камерах печи для обжига анодов при использовании способа в соответствии с предлагаемым изобретением с открытием вентиляционных отверстий (показаны сплошными линиями) и при использовании классического способа регулирования (показаны пунктирными линиями). При этом камеры 1, 2 и 3 представляют собой камеры, находящиеся в зоне естественного предварительного нагревания, камеры 4, 5 и 6 представляют собой камеры, находящиеся в зоне нагревания, и камера 7 представляет собой камеру, находящуюся в зоне охлаждения. Здесь можно видеть, что повышение температуры анодов в зоне естественного предварительного нагревания оказывается более быстрым при использовании способа в соответствии с предлагаемым изобретением вследствие лучшего сгорания летучих и горючих материалов в камерах 2 и 3, которое существенно увеличивает температуру газов, проходящих через эти перегородки. Здесь также можно наблюдать управление температурой газов в первой камере вследствие открытия вентиляционных отверстий при использовании способа в соответствии с предлагаемым изобретением.
Градиент повышения температуры анодов является весьма значительным и обычно превышает 5°С в час, чаще всего превышает 7°С в час и может достигать величины в 17°С в час. Этот значительный градиент повышения температуры анодов, достижение которого обусловлено способом в соответствии с предлагаемым изобретением вследствие того, что здесь имеется возможность контролировать положение фронта дегазации и, следовательно, заставить данную печь функционировать со значительным разрежением, позволяет обеспечить ускорение обжига анодов и повысить соответствующим образом производительность печей. Здесь также следует отметить, что градиент повышения температуры анодов является тем более значительным в зоне температуры, где происходит дегазация, что температура анодов может поддерживаться на достаточно низком уровне, имеющем величину примерно 200°С-220°С, то есть меньшую, чем температура дегазации в процессе предшествующего цикла, например, в результате открытия вентиляционных отверстий. Такой значительный градиент повышения температуры способствует сгоранию летучих и горючих материалов и устраняет явление холодной дегазации.
Указанные выше величины приведены здесь в качестве примеров и могут изменяться в зависимости от характеристик печей, искомых критериев регулирования, состава материалов, образующих аноды, и других параметров, как это известно в области использования печей с вращающейся областью огневого воздействия. Равным образом вентиляционное отверстие, подлежащее открытию, и, соответственно, позиционирование границы между первой зоной естественного предварительного нагревания и второй зоной естественного предварительного нагревания, может зависеть от искомых критериев регулирования, в частности с точки зрения позиционирования фронта дегазации.
Таким образом, осуществление способа в соответствии с предлагаемым изобретением на протяжении этих нескольких месяцев позволило констатировать:
- отсутствие несгоревших частиц в дымовых газах посредством показаний прибора для определения мутности дыма и на основе визуального наблюдения;
- отсутствие несгоревших отложений или хризенового пека;
- существенное уменьшение склеивания частиц пыли;
- отсутствие агломератов в пыли;
- лучшее сгорание топлива, которое позволяет достигнуть достаточно высокой температуры обжига анодов, составляющей примерно 1145°С (измеренной при помощи термопары длиной 1,45 м), при снижении расхода первичного топлива;
- воспроизводимое выравнивание фронтов дегазации в различных перегородках;
- температуру дегазации в полых перегородках, достигающую величины порядка 1000°С.
Количество газов, подлежащих управлению при помощи центра улавливания и обработки газов, незначительно возрастает, примерно на 10%, в том случае, когда для функционирования с циклами продолжительностью 36 часов заданная температура для открытия вентиляционных отверстий 11' достигается примерно за 6 часов до окончания цикла. Этот негативный эффект, однако, вполне компенсируется многочисленными и упомянутыми выше преимуществами способа в соответствии с предлагаемым изобретением.
Преимущества способа регулирования в соответствии с предлагаемым изобретением обусловлены тем обстоятельством, что имеется возможность регулировать уровень разрежения в печи и, соответственно, расход воздуха, циркулирующего в перегородках, не заботясь при этом о позиционировании фронта дегазации, которое регулируется независимым образом. Таким образом, имеется возможность обеспечить функционирование печи с повышенным уровнем разрежения, то есть с повышенным уровнем расхода, и, следовательно, улучшить всасывание в перегородках вторичного топлива, высвобождаемого из анодов в процессе поднятия температуры этих анодов, исключить образование несгоревших остатков в дымовых газах и усовершенствовать в целом процесс сгорания топлива в результате существенного введения кислорода и мгновенного воспламенения при помощи горячих газов.
Предпочтительным также является, как и в способах из существующего уровня техники, ограничение в максимально возможной степени инфильтрации и просачивания газов наружу, принимая меры для обеспечения герметичного характера перегородок и ячеек во всех элементах печи, например, перекрывая эти перегородки и ячейки тентом для оптимизации энергетического коэффициента полезного действия печи.
Многочисленные варианты реализации способа в соответствии с предлагаемым изобретением могут быть выведены из описанного выше примера его реализации.
Момент открытия вентиляционного отверстия может, например, быть определен на основе температуры, отличной от температуры, измеренной при помощи измерительного устройства 27, например, на основе температуры, зафиксированной позади вентиляционного отверстия 11', то есть температуры газов, поступающих в стойки 12 всасывания, или температуры, измеренной в ячейках 5 в непосредственной близости от анодов 17.
Предпочтительным образом обслуживающий персонал также может быть задействован в определении момента открытия вентиляционного отверстия 11'. Для этого способ в соответствии с предлагаемым изобретением может содержать:
- непрерывную регистрацию измеренной температуры;
- непрерывное сопоставление зарегистрированной температуры с ее заданным значением;
- выдачу сигнала в том случае, когда сравнение между зарегистрированной температурой и соответствующей заданной величиной отвечает предварительно определенному критерию (например, преодоление некоторого порогового значения). При этом упомянутый сигнал представляет собой, например, звуковой или световой предупреждающий сигнал, предназначенный для того, чтобы вызвать действие, представляющее собой ручное открытие вентиляционного отверстия 11'.
Открытие вентиляционных отверстий 11' также может быть лишь частичным, определяя процентную величину открытия вентиляционного отверстия таким образом, чтобы более точно регулировать количество наружного воздуха, входящего в перегородки.
В то же время имеется возможность снабдить вентиляционные отверстия 11' системами клапанов или же снабдить перегородки печей специфическими системами забора воздуха совместно с существующими вентиляционными отверстиями, причем эти системы клапанов или системы забора воздуха адаптированы, например, для того, чтобы быть более легко управляемыми, чем простые вентиляционные отверстия 11, или адаптированы для того, чтобы обеспечить возможность частичного открытия вентиляционных отверстий или регулируемый забор воздуха.
В то же время первый способ реализации в соответствии с предлагаемым изобретением, изложенный выше, может быть осуществлен автоматизированным образом.
Способ в соответствии с предлагаемым изобретением содержит, например:
- регулирование расхода D воздуха циркуляции в перегородках 4 без заботы о возможном влиянии этого регулирования на позиционирование фронта дегазации в печи;
- регулирование законов повышения температуры газов в перегородках печи, как это известно в способах из существующего уровня техники;
- размещение гибкой манжеты 50, снабженной системой 52 клапанов с автоматизированным пропорциональным открытием, например электроклапанов, на вентиляционном отверстии 11' каждой перегородки 4, располагающейся непосредственно позади вентиляционного отверстия 11, принимающей измерительное устройство 27, как это показано на фиг.7; гибкие манжеты 50 устанавливаются, например, на специальном устройстве, не показанном на приведенных чертежах, которое располагается поперечно по отношению к упомянутым перегородкам;
- непрерывное измерение для каждой перегородки температуры, измеренной при помощи измерительного устройства 27, и ее регистрация в запоминающем устройстве 56 блока 54 регулирования, как это показано кривой 57 на фиг.8;
- непрерывное сопоставление в компараторе 58 или при помощи анализа в блоке 54 регулирования упомянутой температуры, измеренной и зарегистрированной, с заданной величиной; эта заданная величина изменяется, например, по времени таким образом, что эта заданная величина представляется при этом в форме кривой, отображающей заданную температуру в зависимости от времени, как это представлено кривой 59 на фиг.8;
- включение, или отсутствие включения, некоторого действия при помощи решающего и управляющего блока 60, входящего в состав блока регулирования, в зависимости от результатов упомянутого сопоставления; этот решающий и управляющий блок включает это действие, например, в том случае, когда измеренная и зарегистрированная температура 57, например, пересекает кривую 59, отражающую заданную температуру в зависимости от времени, и уходит выше нее (точка 62 на фиг.8); это включенное действие представляет собой, например, автоматическое открытие системы 52 клапанов, причем это автоматическое открытие может быть частичным с определенной процентной величиной этого открытия, являющейся функцией, например, величины отклонения (представленного на фиг.8 двойной стрелкой 64 для данного момента времени t) между температурой, измеренной при помощи измерительного устройства 27, и заданной величиной температуры, определяемой кривой 59; процентная величина открытия системы клапанов при этом может изменяться непрерывным и автоматическим образом.
Открытие вентиляционных отверстий предпочтительно осуществляется ступенчатым образом так, чтобы увеличение расхода, всасываемого при помощи заднего устройства 13 всасывания, которое позволяет поддерживать на, по существу, неизменном уровне разрежение в полых перегородках второй зоны естественного предварительного нагревания, также осуществлялось ступенчатым образом. При этом влияние упомянутого изменения всасываемого расхода на функционирование центра улавливания и обработки дымовых газов является ограниченным.
Многочисленные варианты реализации этого автоматизированного способа регулирования могут быть осуществлены в рамках предлагаемого изобретения, например:
- гибкая манжета 50, снабженная системой 52 клапанов с пропорциональным открытием, может быть заменена на устройство типа гидравлического силового цилиндра, адаптированного таким образом, чтобы производить поднятие крышки вентиляционного отверстия 11′ с тем, чтобы обеспечивать частичное или полное открытие этого вентиляционного отверстия 11′, причем это устройство может управляться блоком 54 регулирования;
- измерение температуры, служащей для сравнения и для управления открытием вентиляционного отверстия 11′, предпочтительным образом может быть осуществлено позади этого открывающегося вентиляционного отверстия 11′ так, чтобы непосредственно контролировать влияние открытия вентиляционного отверстия 11′ на температуру газов в первой зоне Z1 естественного предварительного нагревания и, следовательно, на поднятие температуры анодов в этой первой зоне Z1 естественного предварительного нагревания; эта температура может быть измерена при помощи датчика температуры, специально для этого установленного на печи, или же при помощи датчика температуры, в настоящее время обычно представленного на уровне стойки 12 всасывания; как это можно видеть на фиг.9, кривая изменения температуры 57′, измеренной в стойке всасывания и зарегистрированной, предпочтительным образом должна при этом отслеживать кривую 59′ изменения заданной температуры после пересечения этих кривых, причем процентная величина открытия вентиляционного отверстия 11′ рассчитывается, например, при помощи регулятора PID; кривая изменения температуры, измеренной в стойке всасывания и зарегистрированной, предпочтительным образом также должна отслеживать на протяжении всего цикла специфическую кривую изменения заданной температуры;
- температура измеряется в по меньшей мере двух различных точках перегородки (например, позади и перед вентиляционным отверстием 11′), и каждое из этих измерений сопоставляется с соответствующими и различными заданными величинами таким образом, чтобы результаты двух этих сопоставлений уравновешивали действие по включению, что позволяет в еще большей степени повысить точность регулирования;
- различные параметры, такие как расход всасывания, температура наружного воздуха, выравнивание фронта дегазации и т.п., также могут быть приняты во внимание для определения заданной величины, используемой для сравнения.
Различные изложенные выше характеристики, независимо от используемого способа регулирования, ручного или автоматизированного, могут быть скомбинированы различным образом без выхода за рамки предлагаемого изобретения.
Так же как это можно было наблюдать в процессе осуществления способа ручного регулирования на протяжении нескольких месяцев, открытие вентиляционных отверстий производится с относительно равномерными интервалами времени в данном цикле таким образом, что имеется возможность управлять открытием вентиляционных отверстий 11′ на основе продвижения по времени цикла обжига. Также будет возможным обеспечить описанное выше регулирование печи при функционировании этой печи с циклами, имеющими продолжительность 36 часов, управляя при этом, за 6 часов до окончания данного цикла обжига, открытием вентиляционных отверстий 11′.
Во втором варианте реализации способа в соответствии с предлагаемым изобретением обеспечивается отведение по меньшей мере части газов и, соответственно, потока газов, выходящих из второй зоны Z2 естественного предварительного нагревания, за пределы полых перегородок 4 таким образом, чтобы часть газов, отведенная за пределы этих полых перегородок, не проходила через первую зону Z1 естественного предварительного нагревания и не принимала, таким образом, участия в повышении температуры перегородок 4 и углеродсодержащих блоков 17 в этой первой зоне Z1 естественного предварительного нагревания.
В соответствии с предпочтительным способом реализации предлагаемого изобретения, представленным схематическим образом на фиг.10, заднее устройство 13′ всасывания содержит, для каждой перегородки, первую стойку 70 всасывания, вторую стойку 72 всасывания и систему 74 клапанов. Первая стойка 70 всасывания устанавливается обычным образом на вентиляционном отверстии 11, располагающемся позади первой зоны Z1 естественного предварительного нагревания, и вторая стойка 72 всасывания устанавливается на вентиляционном отверстии 11', располагающемся между первой зоной Z1 естественного предварительного нагревания и второй зоной Z2 естественного предварительного нагревания. В примере реализации, представленном на фиг.10, разделение между первой зоной Z1 естественного предварительного нагревания и второй зоной Z2 естественного предварительного нагревания осуществляется в зоне PN1 на вентиляционном отверстии 11' непосредственно позади измерительного устройства 27. При этом имеется возможность управлять системой 74 клапанов таким образом, чтобы регулировать расход газов, проходящих через первую зону Z1 естественного предварительного нагревания и всасываемых при помощи первой стойки 70 всасывания, и расход газов, выходящих из полых перегородок через вентиляционное отверстие 11' и всасываемых при помощи второй стойки 72 всасывания.
Пример осуществления способа в соответствии с предлагаемым изобретением состоит, например, в поддержании на протяжении всего цикла предварительно определенного и постоянного уровня открытия между первой стойкой 70 всасывания и второй стойкой 72 всасывания таким образом, чтобы газы, всасываемые второй стойкой 72 всасывания, на протяжении всего цикла не принимали участия в повышении температуры анодов 17 в первой зоне Z1 естественного предварительного нагревания.
Система клапанов 74 также может, как это было представлено ранее со ссылками на первый способ реализации, управляться при помощи блока регулирования, например, на основе сравнения между измеренной температурой и заданной температурой или на основе временной программы.
Совокупность газов, выходящих из второй зоны Z2 естественного предварительного нагревания, может, например, всасываться при помощи первой стойки 70 всасывания в начале цикла, после чего система клапанов 74 управляется таким образом, чтобы изменить это распределение газов, всасываемых при помощи первой и при помощи второй стоек всасывания, в зависимости от повышения измеренной температуры газов.
В соответствии с частным способом реализации вся совокупность газов, выходящих из второй зоны Z2 естественного предварительного нагревания, всасывается при помощи второй стойки 72 всасывания в начале цикла, после чего вся эта совокупность газов, выходящих из второй зоны Z2 естественного предварительного нагревания, всасывается при помощи первой стойки 70 всасывания. Такой частный способ реализации представляет преимущество, которое заключается в том, что этот способ может быть осуществлен на известной печи, то есть на печи, имеющей в своем составе устройство всасывания, содержащее одну единственную стойку всасывания. Для этого не перемещают заднее устройство всасывания вместе с остальной частью вращающейся системы нагревания в конце цикла обжига, но замедляют это перемещение заднего устройства всасывания. Таким образом, в начале цикла, перед перемещением заднего устройства всасывания, эта только одна стойка всасывания соответствует второй стойке всасывания, через которую проходит вся совокупность газов, выходящих из второй зоны Z2 естественного предварительного нагревания, а затем, в процессе осуществления цикла и после перемещения устройства всасывания, эта только одна стойка всасывания соответствует первой стойке всасывания, через которую проходит вся совокупность газов, выходящих из второй зоны естественного предварительного нагревания. Перемещение заднего устройства всасывания управляется, например, исходя из момента времени, предварительно определенного, например, путем расчета или экспериментальным путем.
Само собой разумеется, что предлагаемое изобретение не ограничивается способами его реализации, описанными выше в качестве примеров, но, напротив, это изобретение охватывает все варианты его реализации.