СПОСОБ ОБЖИГА КУСКОВОГО ИЗВЕСТНЯКА В ШАХТНОЙ ПЕЧИ И ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD TO BAKE BULK LIMESTONE IN BLAST FURNACE AND BLAST FURNACE FOR BAKING OF BULK MATERIALS

Изобретение относится к обжигу кускового известняка в шахтных печах и может использоваться для получения окускованного сырья при производстве агломерата и окатышей в черной и цветной металлургии, а также в химической и строительной отраслях промышленности. Способ реализуется в цилиндрических шахтных печах диаметром в зоне обжига 3 м и более, в которых посредством периферийного и центрального ввода топлива и воздуха в рабочее пространство печи может обеспечить эффективный процесс обжига.
Известен способ обжига кускового известняка в шахтной печи, включающий подогрев, обжиг известняка и охлаждение полученной извести, осуществляемый в печи цилиндрической формы в противотоке с продуктами горения топлива и воздухом, подачу газообразного топлива и воздуха на его горение через два уровня топливосжигающих устройств, при этом 35-40% общего расхода топлива подают на нижний уровень топливосжигающих устройств и 60-65% на верхний уровень, холодный атмосферный воздух в количестве 25% от общего расхода подают в зону обжига периферийно через два уровня топливосжигающих устройств, а 75% через зону охлаждения извести (см. книгу Монастырева А.В. «Производство извести». М.: Высшая школа, 1971 г., стр.14).
Распределение подачи топлива, при котором большее количество топлива подают на верхний уровень, а меньшее на нижний, при подаче через зону охлаждения основного количества (75%) воздуха, необходимого для осуществления процесса обжига в печи, приводит к снижению температуры нагрева воздуха, поступающего на горение из зоны охлаждения извести, увеличению зоны обжига, уменьшению зоны подогрева и, как следствие, к увеличению удельного расхода топлива при невысоком качестве получаемой извести.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является способ обжига кускового известняка в шахтной печи, включающий подогрев, обжиг известняка и охлаждение полученной извести, осуществляемые в противотоке с продуктами горения топлива и воздухом, подачу на нижний и верхний уровни периферийно расположенных топливосжигающих устройств газообразного топлива и газа-окислителя для горения топлива, причем в качестве газа-окислителя для горения топлива на нижнем уровне топливосжигающих устройств используют атмосферный (холодный) воздух, подавая его в количестве, соответствующем величине коэффициента расхода воздуха (λ), равном 0,2-0,15. Топливосжигающие устройства нижнего уровня располагаются на расстоянии 1,4-2 м от топливосжигающих устройств верхнего уровня. Расход топлива на топливосжигающем устройстве нижнего уровня составляет 55-65% от общего расхода. При указанных условиях обжига обеспечивается достижение температуры воспламенения смеси топливо-воздух непосредственно в месте ввода топлива и воздуха в рабочее пространство через топливосжигающие горелки нижнего уровня, что приводит к снижению удельного расхода топлива за счет уменьшения зоны обжига. Общий коэффициент расхода воздуха на процесс равен 1,25-1,35 (Патент RU №2213918, F27В 1/00 от 18.03.2002 г.).
Известна также из описания указанного способа цилиндрическая шахтная печь для обжига кускового известняка с внутренним диаметром 2,5 м и рабочей высотой 22 м, на которой установлены на двух уровнях диффузионные горелки для периферийной подачи топлива в слой обжигаемого кускового известняка, причем горелки верхнего уровня располагают на расстоянии 1,4-2,0 м от горелок нижнего уровня.
Недостатком известного способа и шахтной печи является то, что сгорание топлива, подаваемого через нижние топливосжигающие устройства, происходит в основном (на 80-85%) в воздухе, нагретом до температуры 650-750°С, в непосредственной близости от футеровки, при подаче атмосферного воздуха с малым расходом (λ=0,15-0,20), в месте установки топливосжигающих устройств происходит интенсивный износ футеровки печи и сокращается срок ее службы.
Кроме того, этот способ может быть реализован в печах цилиндрической формы с диаметром зоны обжига до 3 метров относительно малой производительности, поскольку толщина обжигаемого слоя при работе периферийных горелок составляет от 0,9 до 1,5 м, что ограничивает возможности его применения в наиболее распространенных печах цилиндрической формы с диаметром зоны обжига более 3 метров.
общ
Работа печи с повышенным расходом воздуха на единицу топлива (λ=1,25-1,35), необходимым для обеспечения полноты сгорания топлива, приводит к увеличению тепловых потерь с отходящими из печи газами и, как следствие этого, к увеличению расхода топлива.
Заявленное изобретение предусматривает снижение удельного расхода топлива при сохранении высокой степени обжига извести, обеспечение длительной работы печи без локального износа футеровки печей с диаметром зоны обжига 3 м и более за счет равномерного распределения топлива и воздуха на его горение по поперечному сечению шахты и обеспечению воспламенения топлива в месте его ввода в рабочее пространство печи.
нижн
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе обжига кускового известняка в шахтной цилиндрической печи, включающем подогрев, обжиг известняка и охлаждение получаемой извести, осуществляемом в противотоке с продуктами горения топлива и воздухом, подачу на нижний и верхний уровни топливосжигающих устройств газообразного топлива и газа-окислителя, в качестве которого на верхнем уровне топливосжигающего устройства используют смесь воздуха и газов, отсасываемых из дымоотводящего тракта печи (рециркуляционных), подаваемую на верхнем уровне периферийно через топливосжигающие устройства, установленные в футеровке печи, а в качестве газа-окислителя для горения топлива на нижнем уровне топливосжигающих устройств, которые располагаются в центральной части поперечного сечения печи, на расстоянии 0,9-1,5 м от внутренней поверхности футеровки печи (0,3-0,5 внутреннего диаметра шахты печи) и на расстоянии 0,5-1,3 м от топливосжигающих устройств верхнего уровня, используют атмосферный воздух. Подают его в количестве, соответствующем величине коэффициента расхода воздуха λ=0,35-0,5.
нижн
Заявляемое изобретение позволяет обеспечить достижение температуры воспламенения смеси газа и воздуха, поступающих из нижних топливосжигающих устройств в указанном соотношении, непосредственно в месте ввода этой смеси в рабочее пространство печи за счет контакта его с подогретым до температуры 700-750°С в процессе охлаждения извести воздухом и подачи на нижний уровень атмосферного воздуха в качестве газо-окислителя в количестве, достаточном для устойчивого горения смеси, соответствующем величине расхода воздуха λ=0,35-0,5, при котором температура горения смеси превышает температуру воспламенения. На топливосжигающие устройства нижнего уровня подают топливо в количестве, достаточном для обжига известняка, поступающего по центру печи, который находится вне зоны обжига верхних переферийных топливосжигающих устройств. Ширина этой зоны для печей диаметром 3 м и более составляет 0,9-1,5 м от внутренней поверхности футеровки печи (0,3-0,5 внутреннего диаметра шахты печи). Топливо в смеси с заявленным количеством атмосферного воздуха воспламеняется при контакте с горячим воздухом, нагревает известь, тем самым обеспечивают непрерывность процесса обжига в центральной части печи.
нижн
Заявленное количество атмосферного воздуха λ=0,35-0,5, подаваемое для горения топлива в топливосжигающие устройства нижнего ряда, обеспечивает устойчивое горение топлива в месте ввода в печь независимо от его смешения с горячим воздухом (подаваемым на охлаждение извести), которое затруднено в условиях, когда шахта печи заполнена кусковой шихтой, причем нижний предел λ=0,35 обеспечивает устойчивое возгорание при указанных выше условиях, а верхний предел λ=0,5 соответствует условию полноты сгорания топлива при минимальном расходе воздуха на охлаждение извести, которое соответствует количеству воздуха, обеспечивающего сгорание топлива, подаваемого на печь с λ=0,5-0,65.
Обеспечение начала процесса горения топлива в месте ввода топлива и воздуха в рабочее пространство печи через топливосжигающие устройства нижнего ряда позволяет уменьшить зону обжига центральной части шахты, при этом расположение топливосжигающих устройств нижнего уровня на расстоянии 0,5-1,3 м от топливосжигающих устройств верхнего уровня обеспечивает непрерывность горения топлива, подаваемого через топливосжигающее устройство верхнего уровня.
При расположении топливосжигающих устройств нижнего уровня менее 0,5 м от топливосжигающих устройств верхнего уровня процесс смешения продуктов неполного горения газа с горячим воздухом, происходящий в слое кусковой шихты, не обеспечивает сгорание топлива в количестве, достаточном для нагрева смеси газа и окислителя, подаваемых через горелочные устройства верхнего уровня, до температуры ее воспламенения, которая составляет при использовании в качестве окислителя на топливосжигающих устройствах верхнего уровня смеси холодного воздуха и рециркулята не менее 900°С, а температуры нагретого при охлаждении извести воздуха 700-750°С недостаточно для возгорания смеси топлива, воздуха и рециркулята, подаваемого через топливосжигающее устройство верхнего уровня.
При расположении топливосжигающих устройств нижнего уровня на расстоянии более 1,3 м от топливосжигающих устройств верхнего уровня происходит смешение значительной части продуктов сгорания топлива, подаваемого через нижние горелки топливосжигающего устройства, с горячим воздухом, поступающим к топливосжигающим устройствам верхнего уровня, в результате чего тепла продуктов горения от топливосжигающих устройств нижнего уровня недостаточно для обеспечения необходимой степени обжига извести, поступающей по центральной части шахты, что приводит к снижению качества получаемой извести.
Подача в качестве газа-окислителя на периферийные горелки верхнего уровня смеси атмосферного воздуха и рециркулята позволяет исключить местный износ футеровки печи в месте установки горелок и обеспечить более равномерную температуру газов на высоте зоны обжига, а также улучшить условия теплопередачи в зоне подогрева шихты в результате увеличения скорости газов в этой зоне.
Вследствие более равномерной по сравнению с прототипом подачи топлива и газа-окислителя по сечению шахты обеспечиваются лучшие условия их смешения между собой, при этом уменьшается химический недожог топлива, а общий коэффициент расхода воздуха снижается с 1,25-1,35 в способе, описанном в прототипе, до 1,1-1,15 в заявленном способе, в результате чего уменьшаются тепловые потери с отходящими из печи газами и обеспечивается снижение расхода топлива на процесс.
В результате равномерной подачи топлива в центральной и периферийной частях шахты печи и обеспечения возгорания топлива в месте его подачи обеспечиваются условия получения извести высокого качества в печах цилиндрической формы с диаметром зоны обжига более 3 м, тем самым снимаются ограничения по производительности печей с цилиндрической зоной обжига.
Для подтверждения возможности осуществления изобретения в опытно-промышленных условиях проводят процесс обжига известняка в шахтной печи заявленным способом.
Известняк крупности 40-80 мм загружают в шахтную цилиндрическую печь с внутренним диаметром 3 м и рабочей высотой 18 м. Производительность печи 70 т/сутки.
3
На расстоянии 5 м от места ввода воздуха на охлаждение извести на верхней границе зоны охлаждения устанавливаются диффузионные горелки нижнего уровня, представляющие собой полые водоохлаждаемые балки с отверстиями, подающие газ и атмосферный воздух в центральную часть печи на расстоянии 0,9 м от футеровки печи. Диффузионные горелки верхнего уровня располагаются на расстоянии 0,5 и 1,3 м от горелок нижнего уровня и поочередно используются при осуществлении заявленного способа. В качестве топлива используется природный газ с теплотой сгорания 7957 ккал/м.
3
3
3
3
3
3
3
Общий расход воздуха на охлаждение извести и на горение топлива равен 3500 м/час, в том числе подаваемого на охлаждение извести 2100 м/час. Воздух в количестве, соответствующем величине коэффициента расхода атмосферного воздуха, равном 0,35-0,5, что соответствует расходу воздуха 3,3-4,75 м на 1 м природного газа, подают в топливосжигающие устройства нижнего уровня для горения природного газа в количестве 16-20% от общего расхода. На диффузионные горелки верхнего уровня подают 84-80% от общего расхода газа на процесс и количество атмосферного воздуха, соответствующее величине коэффициента расхода воздуха, равное 0,45-0,5 м на 1 м природного газа, а также рециркулята в количестве 80-100% от количества воздуха, подаваемого на диффузионные горелки верхнего ряда. Подача указанного количества рециркулята снижает температуру газов, контактирующих с футеровкой печи, тем самым препятствуя ее локальному износу. Общий расход газа на процесс равен 335 м/час, что соответствует удельному расходу условного топлива 130 кг на тонну извести.
Использование заявленного способа обжига кускового известняка в шахтной печи цилиндрической формы обеспечивает по сравнению с ближайшим аналогом снижение удельного расхода топлива при сохранении высокой степени обжига 94-95%. Указанный способ может быть применен в шахтных печах цилиндрической формы без ограничения по величине диаметра зоны обжига.
Предлагаемый способ реализуется в шахтной цилиндрической печи (см. чертеж), содержащей шахту (1), выполненную из металлического корпуса (2) и футеровки (3), включающую зону подогрева, обжига известняка и охлаждения готовой извести, загрузочное (4) и разгрузочное (5) устройства, топливосжигающие устройства, установленные по высоте на двух уровнях, при этом топливосжигающие устройства (6) верхнего уровня, установленные периферийно в футеровке печи, представляют собой диффузионные горелки и служат для принудительной подачи топлива, атмосферного воздуха и рециркулята.
Топливосжигающие устройства нижнего уровня (7) выполнены в виде полых водоохлаждаемых балок (8), прикрепленных с двух сторон к металлическому корпусу шахты печи (2), и служат для принудительной подачи топлива через отверстия в корпусе водоохлаждаемой балки, которые расположены на участке центральной части балки, отстоящей на расстояние 0,9-1,5 м от футеровки шахты печи, а часть балки оборудована кожухами (9) из жаропрочной стали, прикрепленными к металлическому корпусу печи и выступающими на расстояние 0,25-0,5 м в пространство печи от футеровки шахты. Увеличение расстояния свыше 0,5 м приводит к потере его прочности при нагреве, а уменьшение меньше чем 0,25 м приводит к значительному увеличению тепловых потерь на охлаждение балки.
Защитные кожухи снизу обдувается воздухом, нагретым за счет тепла извести до 700-750°С. Их назначение - защитить на этом участке балки от давления шихты и уменьшить при этом тепловые потери с охлаждающей водой.
Шахтная печь работает следующим образом.
Загружаемое устройство (4) подает в печь кусковой известняк необходимой фракции, который распределяется в верхней части зоны подогрева равномерно по поперечному сечению. Известняк загружается периодически. Время загрузки согласуется с температурой отходящих из печи дымовых газов, которая не должна превышать допустимую для тягодутьевого устройства.
Подогретый в зоне подогрева отходящими газами известняк продвигается в зону обжига, где происходит его дальнейший подогрев и декарбюризация за счет тепла продуктов горения газа, подаваемого в топливосжигающие устройства верхнего (6) и нижнего (7) уровней. Из зоны обжига полученная известь поступает в зону охлаждения и выгружается из нее разгрузочным устройством (5). Воздух, подаваемый в нижнюю часть зоны охлаждения, отбирает тепло от извести и поступает равномерно по сечению шахты к топливосжигающим устройствам нижнего и верхнего уровней и идет на горение топлива, подаваемого через эти устройства.
Благодаря равномерному распределению топлива и воздуха по сечению шахты обеспечивается высокая степень обжига всего поступающего в зону известняка.
Для защиты футеровки шахты от перегрева и преждевременного ее износа к топливосжигающим устройствам верхнего уровня подведен газ из дымоотводящего тракта печи (рециркулят).
Топливосжигающие устройства нижнего уровня защищены от давления слоя известняка кожухами, выдвинутыми в рабочее пространство шахты на расстояние 0,25-0,5 м, что обеспечивает также снижение тепловых потерь с охлаждением этого устройства.
Предлагаемая конструкция печи позволяет обеспечить длительную непрерывную ее эксплуатацию, рационально использовать объем шахтной печи и получать высокое качество извести с меньшим по сравнению с прототипом удельным расходом топлива.