ШАХТНАЯ РЕВОЛЬВЕРНАЯ ПЕЧЬ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области устройств кальцинирования минералов, в том числе устройств диссоциации известняков.
Известно большое семейство вращательных печей обжига известняка (А.В.Монастырев. Производство извести. М., «Высшая школа», 1971 г.), содержащих шахтный подогреватель с устройством загрузки, шахтный холодильник с устройством выгрузки, и вращательную печь зоны обжига, а также газовоздушные горелки системы отопления, газораспределительное (ГРУ) и воздухораспределительное (ВРУ) устройства для приготовления горючей смеси, напорный вентилятор подачи воздуха охлаждения, дымосос отбора продуктов сгорания, соответствующие трубные проводки. Порода загружается в шахтный подогреватель, где в противотоке с горячими печными газами нагревается (газы охлаждаются) и нагретая поступает во вращательную печь зоны обжига. Во вращательной печи порода участвует в двух движениях - поступательном от входа к выходу, а также поднимается при вращении печи до определенной высоты, обусловленной углом естественного откоса породы, и ссыпается вниз. В результате происходит перемешивание породы во время ее пребывания во вращательной печи. Продукты сгорания газа из ГРУ с воздухом из ВРУ, и с подогретым воздухом из шахтного холодильника, распространяются над породой, нагревая породу и стенки печи, тепло которых приводит к диссоциации известняка на известь и диоксид углерода. Обожженная известь поступает в шахтный холодильник, где в противотоке с воздухом охлаждения охлаждается (воздух нагревается) и поступает в выгрузочное устройство.
Недостатком вращающихся печей является то, то они представляют собой технологическое оборудование непрерывного производственного цикла с очень большой производительностью - сотни тонн в сутки. Такая ситуация не годится для производств малой производительности с неритмичным производственным циклом, например, для производства специальных и легированных сталей, характеризующихся тем, что небольшие объемы стали производятся под заказ в нерегулярные моменты времени, между которыми оборудование должно простаивать. Для производства стали требуется некоторое количество высокоактивной извести с малым количеством остаточной двуокиси углерода, которое можно изготовить только на месте использования, так как не существует способа транспортировки и хранения в течение длительного срока свежеизготовленной извести без потери ее активности. Вращающаяся печь не может работать в таком режиме, так как вывод ее из эксплуатации приводит к появлению большого количества неисправимого брака, равного количеству продукта, заполняющего печь по длине. Кроме того, частые пуски и остановы печи очень быстро выводят из строя футеровку, которая не выдерживает более 25 циклов разогрева от температур 0-40°С до температуры порядка 950°С и последующего охлаждения обратно до температур 0-40°С. Наконец, непрерывное вращение печи препятствует использованию малопрочных, но устойчивых к циклическому воздействие температур футеровок, так как они подвержены абразивному износу движущейся породой.
Известна многокамерная печь с постоянным сводом для обжига электроугольных изделий (Темкин И.В. Производство электроугольных изделий: Учеб. пособие для подготовки рабочих на производстве. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Высш. школа», 1975. 232 с. с ил.), состоящая из нескольких камер с загруженными в них электроугольными изделиями, размещенных на бетонной подушке и оснащенных газоходами и системой клапанов, позволяющих дискретно во времени, через заданные интервалы времени изменять назначение камер от холодной камеры, в которую подается охлаждающий воздух, и из которой выгружается готовое изделие, через ряд последовательных камер с поступательно повышающейся температурой из-за теплообмена охлаждающего воздуха с охлаждаемыми изделиями, до максимально горячих камер, к которым подводятся горячие газы для обжига изделий, и далее снова через ряд последовательных камер с поступательно понижающейся температурой из-за теплообмена охлаждаемых продуктов сгорания с нагреваемыми заготовками изделий, до холодной камеры, из которой забираются охлажденные продукты сгорания и выбрасываются в атмосферу, и в которую загружаются холодные заготовки изделий. Каждая камера последовательно проходит все температурные ступени процесса обжига электроугольных изделий, выполняя сначала функции нагрева заготовок, затем их обжига, а затем охлаждения готовых изделий.
Недостатком этой печи является необходимость оснащения каждой камеры загрузочно-выгрузочными устройствами, которые для сыпучих материалов, предназначенных для кальцинации (а не для спекания, как электроугольные изделия), являются технически сложными и дорогими устройствами. Поэтому, если использовать такую печь для кальцинации сыпучих материалов, то ее придется оснастить загрузочно-выгрузочными устройствами в количестве, равном количеству камер, что неприемлемо по экономическим соображениям, а также с точки зрения обеспечения надежности устройства и простоты его эксплуатации и облуживания.
Известно устройство сушки скрапа компании R.J. Cyr Co. Inc. (http://www.rjcyr.com/newsletters.php?pid=8, http://www.psgtech.edu/SMI-Newsletter_Issue%2021.pdf). Сердцевиной устройства является автоматический поворотный стол, на котором устанавливаются четыре емкости. Поворотный стол по очереди помещает емкости под загрузочный конвейер, а затем транспортирует их на следующую позицию. В то время как одна емкость загружается на позиции загрузки, другая емкость (со скрапом) находится на позиции сушки, при этом сверху в емкость по трубопроводу напорным вентилятором подается атмосферный воздух разбавления, в этот же трубопровод подаются продукты сгорания из горелки, образуя смесь газов нужной температуры, а снизу из емкости забирается эта смесь, насыщенная парами воды от высушенного скрапа и по трубопроводу с помощью дымососа выбрасывается в атмосферу. Третья емкость выгружается в это время в электродуговую сталеплавильную печь, а четвертая находится на поворотном столе. На время сушки скрапа подводящий и отводящий трубопроводы подстыковываются к емкости со скрапом, а затем отстыковываются. Данное устройство позволяет экономно использовать рабочее пространство, так как обладает небольшой высотой, а также позволяет в любой момент останавливать технологический процесс на произвольное время, и в нужный момент возобновлять его.
Недостатком этого устройства является наличие лишь одной технологической позиции, на которой через одну из емкостей просасываются подогретые газы, что достаточно для сушки скрапа, но недостаточно для процессов кальцинации, для которых нужно, как минимум, три технологические позиции - позиция нагрева кальцинируемой породы; позиция кальцинации; позиция охлаждения продукта кальцинации. Кроме того, устройство не рассчитано на высокие температуры кальцинации.
2
2
2
3
2
2
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является шахтная газовая печь (А.В.Монастырев. Производство извести. М., «Высшая школа», 1971 г.), содержащая шахту печи, состоящую из наружного металлического корпуса и футеровки, загрузочное и выгрузочное устройства, газовоздушные горелки системы отопления, газораспределительное (ГРУ) и воздухораспределительное (ВРУ) устройства для приготовления горючей смеси, напорный вентилятор подачи воздуха охлаждения, дымосос отбора продуктов сгорания, соответствующие трубные проводки. Порода под действием гравитации опускается по шахте вниз, газы различного генезиса под действием тягодутьевого оборудования поднимаются навстречу породе вверх. В процессе этого движения воздух охлаждения, подаваемый снизу в зону охлаждения напорным вентилятором, сначала охлаждает готовую известь, сам при этом нагреваясь, затем, подогретый, поступает в зону обжига. Вместе с воздухом на горение, поступающим от ВРУ, он участвует в сжигании газа, поступающего от ГРУ, в результате чего образуются продукты сгорания (СО, N, и НО), которые, обмениваясь теплом с шихтой в зоне обжига приводят к диссоциации известняка по реакции СаСО=СаО+СО. Пополнившись горячими газами СО от диссоциации известняка, отходящие печные газы нагревают поступающую на обжиг породу в зоне нагрева, охлаждаясь при этом, а затем отбираются дымососом и через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу или используются в технологических процессах.
Недостатком шахтных печей является то, то они представляют собой технологическое оборудование непрерывного производственного цикла. В результате практически невозможно построить печь с производительностью менее 25 тонн/сутки (по кальцинированному продукту), а реально очень мало печей с производительностью менее 50 тонн/сутки, причем типичное значение производительности для большинства применений составляет 100 тонн/сутки и более. Такая ситуация не годится для производств малой производительности с неритмичным производственным циклом, например, для производства специальных и легированных сталей, характеризующихся тем, что небольшие объемы стали производятся под заказ в нерегулярные моменты времени, между которыми оборудование должно простаивать. Для производства стали требуется некоторое количество высокоактивной извести с малым количеством остаточной двуокиси углерода, которое можно изготовить только на месте использования, так как не существует способа транспортировки и хранения в течение длительного срока свежеизготовленной извести без потери ее активности. Шахтная печь не может работать в таком режиме, так как вывод ее из эксплуатации приводит к появлению большого количества неисправимого брака, равного количеству продукта, заполняющего печь по высоте. Кроме того, частые пуски и остановы печи очень быстро выводят из строя футеровку, которая не выдерживает более 25 циклов разогрева от температур 0-40°С до температуры порядка 950°С и последующего охлаждения обратно до температур 0-40°С. Наконец, большая высота печи препятствует использованию малопрочных, но выносливых к циклическому воздействие температур футеровок, так как они подвержены абразивному износу породой, движущейся под действием давления высокого столба породы, и требует большой высоты помещения, в котором печь установлена, что не всегда возможно, или установки ее на открытом воздухе, что резко усложняет процесс эксплуатации.
Основной задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание печи кальцинации, позволяющей осуществлять кальцинацию породы по произвольному графику, останавливая процесс кальцинации в любое время на произвольный срок, и возобновляя его в нужный момент, причем устройство должно иметь небольшую высоту для облегчения условия работы футеровки, рационального использования пространства цеха, в котором она устанавливается, и облегчения эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что печь обжига известняка содержит четыре шахтные емкости, которые устанавливаются на одном уровне на дискретно вращающемся револьверном поде. Каждая шахтная емкость проходит последовательно во времени позиции охлаждения, кальцинации, нагрева, и выгрузки/загрузки, при этом напорный вентилятор подает в верхнюю часть шахтной емкости, находящейся на позиции охлаждения атмосферный воздух, который после теплообмена с нагретым продуктом кальцинации поступает в трубопровод, соединяющий нижние части шахтных емкостей, находящихся на позициях охлаждения и кальцинации, в этот же трубопровод подаются продукты сгорания из горелки, питаемой топливом и воздухом через газорегулирующее и воздухорегулирующее устройства соответственно, смесь охлаждающего воздуха, продуктов сгорания и продуктов кальцинации пройдя через шахтную емкость, находящуюся на позиции кальцинации, поступает в газопровод, соединяющий верхние части шахтных емкостей, находящихся на позициях кальцинации и нагрева породы, а затем в шахтную емкость, находящуюся на позиции нагрева породы, покинув которую уже охлажденной в результате теплообмена с кальцинируемой породой, забирается дымососом снизу шахтной емкости, находящейся на позиции нагрева и выбрасывается в атмосферу, причем по истечении времени выдержки шахтных емкостей, трубопроводы отстыковываются от них специальным механизмом, давая возможность вращающемуся револьверному поду провернуться на одну позицию, перемещая шахтную емкость, находящуюся на позиции охлаждения на позицию выгрузки/загрузки, шахтную емкость, находящуюся на позиции кальцинации в позицию охлаждения, шахтную емкость, находящуюся на позиции нагрева в позицию кальцинации, а шахтную емкость, находящуюся на позиции выгрузки/загрузки в позицию нагрева породы, после чего трубопроводы подстыковываются к шахтным емкостям.
Достигаемый технический результат состоит в возможности осуществления кальцинации породы по произвольному графику, останавливая процесс кальцинации в любое время на произвольный срок, и возобновляя его в нужный момент, причем небольшая высота шахт облегчает условия работы футеровки, позволяя использовать футеровки, устойчивые как к термоциклированию, так и к абразивному износу, кроме того, достигается рациональное использование пространства цеха и облегчается эксплуатация печи.
Техническое решение предлагается в двух вариантах, но первому из которых шахтные емкости являются несъемными, а по второму- съемными.
На фиг.1 представлена схема первого варианта шахтной револьверной печи. На фигуре изображение револьверного пода разрезано и развернуто, так что линии А-А и В-В представляют собой одну и ту же линию.
Устройство содержит первую 1, вторую 2, третью 3 и четвертую 4 несъемные шахтные емкости без дна, вращающийся револьверный под 5 с первой 6, второй 7, третьей 8 и четвертой 9 поворотной крышками под шахтными емкостями, загрузочное 10 и выгрузочное 11 устройства, причем выгрузочное устройство 11 оснащено механизмом отпирания/запирания поворотной крышки 9 шахтной емкости 4 (на фиг.1 не показано), находящейся на позиции выгрузки/загрузки, напорный вентилятор 12, первое 13, второе 14, третье 15, четвертое 16, пятое 17 и шестое 18 стыковочные устройства, причем поворотные крышки 6-9 оснащены колосниковыми решетками, пропускающими газ, но не пропускающими породу (на фиг.1 не показано), первый 19 и второй 20 трубопроводы, горелку 21, дымосос 22, привод револьверного пода 23, газорегулирующее и воздухорегулирующее устройства (на фиг 1. не показаны), причем первая, вторая, третья и четвертая шахтные емкости 1-4 установлены на вращающемся револьверном поде 5, который приводится в движение приводом 23, над шахтной емкостью 4, находящейся на позиции загрузки/выгрузки, установлено загрузочное устройство 10, а под шахтной емкостью 4 установлено выгрузочное устройство 11, напорный вентилятор 12 через первое стыковочное устройство 13 пристыковывается к верхней части третьей шахтной емкости 3, находящейся на позиции охлаждения продуктов кальцинации, первый трубопровод 19 через второе стыковочное устройство 14 пристыковывается к нижней части третьей шахтной емкости 3, находящейся на позиции охлаждения продуктов кальцинации, к этому же трубопроводу 19 пристыкована горелка 21, которая соединена с газорегулирующим и воздухорегулирующим устройствами, первый трубопровод 19 через третье стыковочное устройство 15 пристыковывается к нижней части второй шахтной емкости 2, находящейся на позиции кальцинации, второй трубопровод 20 через четвертое стыковочное устройство 16 пристыковывается к верхней части второй шахтной емкости 2, находящейся на позиции кальцинации, а через пятое стыковочное устройство 17 к верхней части шахтной емкости 1, находящейся на позиции нагрева кальцинируемой породы, дымосос 22 через шестое стыковочное устройство 18 сообщается с полостью первой шахтной емкости 1, находящейся на позиции нагрева, привод 23 находится в сочленении с револьверным подом 5.
Устройство работает следующим образом. После завершения очередного позиционирования шахтных емкостей на технологических позициях, из четвертой шахтной емкости 4, находящейся на фиг.1 на позиции выгрузки/загрузки, выгружаются продукты кальцинации за счет того, что устройство запирания/отпирания выгрузочного устройства 11 отпирает четвертую поворотную крышку 9, а затем запирает ее обратно, после чего в эту емкость загружается кальцинируемая порода с помощью загрузочного устройства 10. В это время напорный вентилятор 12 через первое стыковочное устройство 13 подает атмосферный воздух в верхнюю часть третьей шахтной емкости 3, находящейся на фиг.1 на позиции охлаждения продуктов кальцинации. Проходя через третью шахтную емкость 3, воздух охлаждает продукты кальцинации, сам при этом нагреваясь. Подогретый воздух из третьей шахтной емкости 3 через второе стыковочное устройство 14 поступает в первый трубопровод 19. В первый трубопровод 19 подаются также продукты сгорания в горелке 21 газовоздушной смеси, приготовленной газорегулирущим и воздухорегулирующим устройствами. Смесь продуктов сгорания из горелки 21 с подогретым воздухом из шахтной емкости 3, имея надлежащую для процесса кальцинации температуру, просасываются через вторую шахтную емкость 2, в которой происходит процесс кальцинации, и, обогащенная продуктами разложения кальцинируемой породы, через четвертое стыковочное устройство 16 поступает во второй трубопровод 20, а из него через пятое стыковочное устройство 17 в верхнюю часть первой шахтной емкости 1, находящейся на фиг.1 на позиции нагрева кальцинируемой породы. Проходя через первую шахтную емкость 1, газы отдают свое тепло кальцинируемой породе, осуществляя ее предварительный нагрев, после чего через шестое стыковочное устройство 18 под воздействием дымососа 22 выбрасываются в атмосферу. По истечении времени кальцинации, стыковочные устройства 13-18 расстыковываются, привод 23 приводит в движение вращающийся револьверный под 5, который производит новое позиционирование шахтных емкостей 1-4 таким образом, что шахтная емкость 4, занимавшая на предыдущем шаге позицию выгрузки/загрузки, переходит на позицию нагрева кальцинируемой породы, шахтная емкость 3, занимавшая на предыдущем шаге позицию охлаждения продуктов кальцинации, переходит на позицию выгрузки/загрузки, шахтная емкость 2, занимавшая на предыдущем шаге позицию кальцинации, переходит на позицию охлаждения продуктов кальцинации, а шахтная емкость 1, занимавшая на предыдущем шаге позицию нагрева кальцинируемой породы, переходит на позицию кальцинации. После перепозиционирования шахтных емкостей стыковочные устройства 13-18 состыковываются, и весь процесс повторяется.
На фиг.2 представлена схема второго варианта шахтной револьверной печи. На фигуре изображение револьверного пода разрезано и развернуто, так что линии А-А и В-В представляют собой одну и ту же линию.
Устройство содержит первую 1, вторую 2, третью 3, четвертую 4 и пятую (на фиг.2 не показано) съемные шахтные емкости с дном, вращающийся револьверный под 5, напорный вентилятор 6, первое 7, второе 8, третье 9, четвертое 10, пятое 11 и шестое 12 стыковочные устройства, первый 13 и второй 14 трубопроводы, горелку 15, дымосос 16, привод револьверного пода 17, газорегулирующее и воздухорегулирующее устройство (на фиг 2. не показаны), причем первая, вторая, третья и четвертая шахтные емкости 1-4 установлены на вращающемся револьверном поде 5, который приводится в движение приводом 17, над шахтной емкостью 4, находящейся на позиции загрузки/выгрузки, установлено крановое устройство (на фиг.2 не показано), напорный вентилятор 6 через первое стыковочное устройство 7 пристыковывается к верхней части третьей шахтной емкости 3, находящейся на позиции охлаждения продуктов кальцинации, первый трубопровод 13 через второе стыковочное устройство 8 пристыковывается к нижней части третьей шахтной емкости 3, к этому же трубопроводу 13 пристыкована горелка 15, которая соединена с газорегулирующим и воздухорегулирующим устройствами (на фиг.2 не показано), первый трубопровод 13 через третье стыковочное устройство 9 пристыковывается к нижней части второй шахтной емкости 2, находящейся на позиции кальцинации, второй трубопровод 14 через четвертое стыковочное устройство 10 пристыковывается к верхней части второй шахтной емкости 2, а через пятое стыковочное устройство 11 к верхней части шахтной емкости 1, находящейся на позиции нагрева кальцинируемой породы, дымосос 16 через шестое стыковочное устройство 12 сообщается с полостью первой шахтной емкости 1, находящейся на позиции нагрева, причем днища шахтных емкостей в месте подстыковки стыковочных устройств оснащены колосниковыми решетками, пропускающими газ, но не пропускающими породу (на фиг.2 не показано), привод 17 находится в сочленении с револьверным подом 5. Пятая шахтная емкость находится в транспортном положении.
Устройство работает следующим образом. После завершения очередного позиционирования шахтных емкостей на технологических позициях, четвертая шахтная емкость 4, находящейся на фиг.2 на позиции выгрузки/загрузки, удаляется крановым устройством в зону выгрузки продуктов кальцинации, а на ее место крановым устройством устанавливается пятая шахтная емкость с кальцинируемой породой. В это время напорный вентилятор 6 через первое стыковочное устройство 7 подает атмосферный воздух в верхнюю часть третьей шахтной емкости 3, находящейся на фиг.2 на позиции охлаждения продуктов кальцинации. Проходя через третью шахтную емкость 3, воздух охлаждает продукты кальцинации, сам при этом нагреваясь. Подогретый воздух из третьей шахтной емкости 3 через второе стыковочное устройство 8 поступает в первый трубопровод 13. В первый трубопровод 13 подаются также продукты сгорания в горелке 15 газовоздушной смеси, приготовленной газорегулирущим и воздухорегулирующим устройством. Смесь продуктов сгорания из горелки 15 с подогретым воздухом из шахтной емкости 3, имея надлежащую для процесса кальцинации температуру, просасываются через вторую шахтную емкость 2, в которой происходит процесс кальцинации, и, обогащенная продуктами разложения кальцинируемой породы, через четвертое стыковочное устройство 10 поступает во второй трубопровод 14, а из него через пятое стыковочное устройство 11 в верхнюю часть первой шахтной емкости 1, находящейся на фиг.2 на позиции нагрева кальцинируемой породы. Проходя через первую шахтную емкость 1, газы отдают свое тепло кальцинируемой породе, осуществляя ее предварительный нагрев, после чего через шестое стыковочное устройство 12 под воздействием дымососа 16 выбрасываются в атмосферу. По истечении времени кальцинации, стыковочные устройства 7-12 расстыковываются, привод 17 приводит в движение вращающийся револьверный под 5, который производит новое позиционирование шахтных емкостей 1-3, 5 таким образом, что шахтная емкость 5, занимавшая на предыдущем шаге позицию выгрузки/загрузки, переходит на позицию нагрева кальцинируемой породы, шахтная емкость 3, занимавшая на предыдущем шаге позицию охлаждения продуктов кальцинации, переходит на позицию выгрузки/загрузки, шахтная емкость 2, занимавшая на предыдущем шаге позицию кальцинации, переходит на позицию охлаждения продуктов кальцинации, а шахтная емкость 1, занимавшая на предыдущем шаге позицию нагрева кальцинируемой породы, переходит на позицию кальцинации. После перепозиционирования шахтных емкостей стыковочные устройства 7-12 состыковываются, и весь процесс повторяется.
На фиг.3 приведена циклограмма работы шахтной револьверной печи.