Способ обжига и охлаждения карбонатной горной породы в прямоточной регенеративной печи для обжига извести и прямоточная регенеративная печь для обжига извести
PROCESS FOR BURNING AND COOLING CARBONATE ROCK IN PARALLEL-FLOW REGENERATIVE LIME KILN  AND PARALLEL-FLOW REGENERATIVE LIME KILN

Настоящее изобретение относится к способу обжига и охлаждения карбонатных горных пород в прямоточной регенеративной печи для обжига извести, оснащенной двумя шахтами, попеременно работающими как шахта для обжига и регенеративная шахта, а также к прямоточной регенеративной печи.
Например, из DE 3038927 С2 известна печь подобного типа, которая работает циклически, при этом обжиг осуществляется только в шахте для обжига, тогда как другая шахта работает в качестве регенеративной шахты. Во время цикла, который длится, например, 10-12 минут, предназначенная для обжига карбонатная горная порода непрерывно выгружается посредством выгружающих устройств, расположенных в обеих шахтах. Столб материала равномерно опускается в шахтах. Далее в печи происходит смена работы шахт, так что шахта, которая ранее работала как шахта для обжига, становится регенеративной шахтой, а шахта, которая ранее работала как регенеративная шахта, в свою очередь, становится шахтой для обжига. Загрузка карбонатной горной породы в печь осуществляется во время смены работы или во время процесса обжига в регенеративной шахте. В нижней области обеих шахт предусмотрены зоны охлаждения для охлаждения карбонатной горной породы, обожженной в верхней области, при этом часть охлаждающего воздуха, используемого для данной цели, подается в область выгружающих устройств, и часть подается посредством центрального вытесняющего устройства, расположенного в каждой зоне охлаждения.
Качество конечного продукта зависит главным образом от обожженной карбонатной горной породы, очень равномерно нисходящей по всей ширине шахты и зоны охлаждения, сконструированной таким образом, чтобы обеспечивать очень равномерное охлаждение. Описанная выше прямоточная регенеративная печь для обжига извести известна из статьи Hannes Piringer, ",  und Temperaturverteilung in der  eines 800 und 1000 tato Maerz-Regenerativ-Kalkschachtofens", Veitsch-Radex Rundschau 1/1999, стр. 1-15. Кроме того, в статье также подробно представлены исследования оптимальной конфигурации зоны охлаждения и выгружающих устройств.
2
Из производственной практики известно, что в случае прямоточных регенеративных печей для обжига извести угол наклона в зоне охлаждения должен быть очень крутым, поскольку, в частности при обжиге малых кусков породы (например, от 10 до 50 мм), обжигаемый материал больше не спускается по внешнему краю зоны охлаждения, и в результате образуются крупные скопления. Поэтому в случае печей для обжига мелкозернистой породы компании Maerz стали применяться цилиндрические или немного конические зоны охлаждения, имеющие угол наклона более 82°. Хотя это позволило облегчить проблемы, относящиеся к накоплению материала, такая конструкция привела к возникновению других недостатков. Из-за конструкции выходной диаметр нижнего конца зоны охлаждения значительно больше, так что затрудняется равномерное распределение охлаждающего воздуха в зоне охлаждения для равномерного охлаждения обожженного материала. Однако неравномерное охлаждение обожженного материала приводит, в частности, к тому, что обожженный материал недостаточно охлаждается в середине шахты, в результате чего может произойти повреждение выгружающих устройств. С другой стороны, обожженный материал охлаждается слишком сильно во внешней области, особенно в верхней области зоны охлаждения, в результате чего может произойти нежелательная реакция газообразных продуктов сгорания с обожженным материалом, и обожженный материал снова обогащается СО из газообразных продуктов сгорания, и поэтому качество продукта ухудшается. Для недопущения местного перегрева было увеличено удельное количество охлаждающего воздуха, использующегося для охлаждения обожженного материала, но это, в свою очередь, также приводит к увеличению температуры газообразных продуктов, что негативно сказывается на потреблении тепла. Кроме того, было предложено увеличить центральное вытесняющее устройство, что улучшает распределение охлаждающего воздуха, особенно в нижней области. В случае больших вытесняющих устройств наконечник достигает практически нижнего конца зоны обжига. Тем не менее они очень сложные и дорогостоящие, поскольку они должны производиться с двойной стенкой и требуют постоянного охлаждения воздухом, даже когда печь не работает.
Поэтому было решено вернуться к использованию меньших вытесняющих устройств, высота которых не превышает половины высоты зоны охлаждения. Для достижения очень хорошего охлаждающего действия основная часть охлаждающего воздуха, как правило, по меньшей мере 85%, вводится посредством выгружающих устройств, а остаток, не более 15%, вводится посредством центральных вытесняющих устройств.
Целью настоящего изобретения является достижение еще более равномерного охлаждения в зонах охлаждения прямоточной регенеративной печи для обжига извести с использованием очень небольшого количества охлаждающего воздуха.
Данная цель достигается согласно настоящему изобретению посредством признаков, изложенных в пунктах 1 и 9 формулы изобретения.
Способ согласно изобретению обжига и охлаждения карбонатной горной породы осуществляется в прямоточной регенеративной печи для обжига извести, оснащенной двумя шахтами, которые попеременно работают как шахта для обжига и регенеративная шахта, где
a. карбонатная горная порода вводится в верхнюю область, сконфигурированную в виде зоны предварительного нагрева и обжига каждой шахты, и предварительно нагревается и обжигается там;
b. затем обожженная карбонатная горная порода охлаждается в нижней области, сконфигурированной в виде зоны охлаждения и содержащей центральное вытесняющее устройство каждой шахты;
c. охлажденная обожженная карбонатная горная порода затем выгружается посредством выгружающего устройства, которым оснащена каждая шахта; и
где
d. в зону охлаждения для охлаждения обожженной карбонатной горной породы вводится охлаждающий воздух, одна часть которого вводится в область выгружающего устройства, а другая часть которого вводится посредством центрального вытесняющего устройства;
e. количество охлаждающего воздуха, предназначенного для подачи в шахту для обжига, подается в объеме от 90 до 100% посредством вытесняющего устройства и в объеме не более 10% в область выгружающего устройства, тогда как количество охлаждающего воздуха, предназначенного для подачи в регенеративную шахту, подается в объеме от 90 до 100% в область выгружающего устройства и в объеме не более 10% посредством вытесняющего устройства.
Прямоточная регенеративная печь для обжига извести настоящего изобретения для обжига и охлаждения карбонатной горной породы в соответствии с вышеприведенным способом оснащена двумя шахтами, попеременно работающими как шахта для обжига и регенеративная шахта, при этом
a. верхняя область каждой шахты сконфигурирована в виде зоны предварительного нагрева и обжига для предварительного нагрева и обжига введенной карбонатной горной породы;
b. нижняя область каждой шахты сконфигурирована в виде зоны охлаждения для охлаждения обожженной карбонатной горной породы;
c. каждая зона охлаждения содержит центральное вытесняющее устройство, которое содержит выходные отверстия для газа, открывающиеся в соответствующую зону охлаждения;
d. предусмотрено выгружающее устройство, примыкающее к зоне охлаждения для выгрузки охлажденной, обожженной карбонатной горной породы;
e. где первый трубопровод охлаждающего воздуха соединен с выходными отверстиями для газа вытесняющего устройства одной шахты, а второй трубопровод охлаждающего воздуха соединен с выходными отверстиями для газа вытесняющего устройства другой шахты для подачи охлаждающего воздуха посредством вытесняющих устройств;
f. третий трубопровод охлаждающего воздуха открывается в область выгружающего устройства одной шахты, а четвертый трубопровод охлаждающего воздуха открывается в области выгружающего устройства другой шахты; и
g. предусмотрено устройство управления для осуществления управления количеством охлаждающего воздуха, предназначенного для подачи посредством первого и/или второго трубопровода охлаждающего воздуха, а также посредством третьего и/или четвертого трубопровода охлаждающего воздуха таким образом, что количество охлаждающего воздуха, предназначенного для подачи в шахту для обжига, подается в объеме от 90 до 100% посредством вытесняющего устройства и в объеме не более 10% в область выгружающего устройства, тогда как количество охлаждающего воздуха, предназначенного для подачи в регенеративную шахту, подается в объеме от 90 до 100% в область выгружающего устройства и в объеме не более 10% посредством вытесняющего устройства.
3
3
3
3
Данная инновационная концепция распределения объема охлаждающего воздуха обеспечивает очень равномерное охлаждение в зонах охлаждения, так что изотермы в зоне охлаждения являются приблизительно горизонтальными. Это, во-первых, обеспечивает очень равномерное и высокое возможное качество продукции и, во-вторых, предотвращает повреждение выгружающего устройства чрезвычайно горячей карбонатной горной породой. Кроме того, инновационный способ, которым вводится охлаждающий воздух, уменьшает общее количество охлаждающего воздуха, необходимого для охлаждения продукта. При обжиге карбонатной горной породы с содержанием СаСО более 97% оно составляет менее 0,7 м/кг стандартного количества обожженной карбонатной горной породы, предпочтительно менее 0, 65 м/кг стандартного количества обожженной карбонатной горной породы. До сих пор, как правило, было необходимо количество охлаждающего воздуха, составляющее больше 0,75 м/кг стандартного количества обожженной карбонатной горной породы, в частности, в случае печей для обжига мелко раздробленной породы (печей для обжига мелкозернистой породы).
Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения 20-50% охлаждающего воздуха, подаваемого в обе шахты, подается в шахту для обжига, а оставшееся количество подается в регенеративную шахту. Предпочтение отдается варианту, при котором 30% +/-10% охлаждающего воздуха, подаваемого в обе шахты, подается в шахту для обжига, а оставшееся количество подается в регенеративную шахту. При проведении испытаний, лежащих в основе настоящего изобретения, было обнаружено, что наилучшие результаты могут быть достигнуты в случае, когда около 1/3 общего объема охлаждающего воздуха подается в шахту для обжига и около 2/3 общего объема охлаждающего воздуха подается в регенеративную шахту.
Охлаждающий воздух, подаваемый в область выгружающих устройств, преимущественно подается через скопления материала, образованные в данной области из обожженной и охлажденной карбонатной горной породы. В другом варианте осуществления настоящего изобретения охлаждающий воздух, подаваемый в область выгружающих устройств, должен идти преимущественно вверх и к середине шахты. Охлаждающий воздух, подаваемый посредством вытесняющих устройств, должен, с другой стороны, идти преимущественно вверх и к внешней границе шахты.
Равномерное охлаждение карбонатной горной породы также способствует режиму работы выгружающего устройства, которое предпочтительно выгружает обожженную и охлажденную карбонатную горную породу радиально наружу и радиально внутрь, при этом 60-80% обожженной и охлажденной карбонатной горной породы выгружается наружу, а остальное выгружается внутрь.
Зона охлаждения предпочтительно имеет цилиндрическую или слегка коническую форму и угол наклона более 82°. Для того чтобы обеспечить хорошее охлаждение, диаметр в нижнем конце зоны охлаждения также должен быть в 1,1-1,5 раза больше диаметра в нижнем конце зоны предварительного нагрева и обжига.
Регулирование количества охлаждающего воздуха, проходящего по трубопроводу охлаждающего воздуха с первого по четвертый, предпочтительно осуществляется посредством системы створок, управление которой может осуществляться посредством устройства управления.
Другие преимущества и варианты осуществления настоящего изобретения будут проиллюстрированы посредством следующего описания и чертежей.
На чертежах показано:
фиг. 1 - схематическое изображение прямоточной регенеративной печи для обжига извести согласно изобретению;
фиг. 2 - увеличенное изображение детали А по фиг. 1;
фиг. 3 - увеличенное изображение детали В по фиг. 1,
фиг. 4 - схематическое изображение воздушного пути в область зоны охлаждения двух шахт; и
фиг. 5 - изображение температурного распределения в одной из зон охлаждения.
Прямоточная регенеративная печь для обжига извести, показанная на фиг. 1, для обжига и охлаждения карбонатной горной породы содержит две шахты 1, 2, которые попеременно работают как шахта для обжига и регенеративная шахта. Карбонатная горная порода 3 с размером частиц, например, в диапазоне от 10 мм до 50 мм вводится в верхнюю область, сконфигурированную в виде зоны 4 предварительного нагрева и обжига каждой шахты. Кроме того, топливо 5 вводится через топливный трубопровод 6, а воздух 7 для горения вводится по меньшей мере через один трубопровод 8 для воздуха для горения. Сгорание топлива 5 с воздухом 7 для горения предварительно нагревает и обжигает карбонатную горную породу 3 в области зоны предварительного нагрева и обжига. Затем обожженная карбонатная горная порода идет в нижнюю область, сконфигурированную в виде зоны 9 охлаждения и содержащую центральное вытесняющее устройство 10, 11 каждой шахты, и охлаждается там. Охлажденная обожженная карбонатная горная порода затем выгружается посредством выгружающего устройства 12, 13 которым оснащена каждая шахта. Следовательно, карбонатная горная порода 3 под действием силы тяжести перемещается сверху вниз. Стандартное время нахождения в печи составляет, например, 20 часов. Объем охлажденной карбонатной горной породы, выгружаемый в нижнюю часть, заменяется в верхней области карбонатной горной породой 3, которая все еще требует обработки.
Охлаждение обожженной карбонатной горной породы осуществляется посредством охлаждающего воздуха, который подается в зону 9 охлаждения в двух местах, а именно посредством вытесняющего устройства 10 или 11 и в области выгружающих устройств 12 и 13.
Каждое вытесняющее устройство расположено в центре зоны охлаждения и может, например, иметь коническую форму или, как показано, форму, закругленную в верхней части. В нижней области такие вытесняющие устройства 10 и 11 оснащены по всей своей окружности выходными отверстиями 10а и 11а для газа.
Кроме того, первый трубопровод 14 охлаждающего воздуха соединен с выходными отверстиями 10а для газа вытесняющего устройства 10 шахты 1, а второй трубопровод 15 охлаждающего воздуха соединен с выходными отверстиями 11а для газа вытесняющего устройства 11 второй шахты 2 для введения охлаждающего воздуха посредством вытесняющих устройств. Кроме того, третий трубопровод 16 охлаждающего воздуха открывается в область выгружающего устройства 12 первой шахты 1, а четвертый трубопровод 17 охлаждающего воздуха открывается в область выгружающего устройства 13 второй шахты 2. Распределение количества охлаждающего воздуха, введенного через четыре трубопровода охлаждающего воздуха, можно регулировать посредством подходящей системы 18 створок, которая оснащена по меньшей мере одной первой створкой 18а и второй створкой 18b. На фиг. 1 показаны пути движения потока в ситуации, в которой шахта 1 работает как шахта для обжига, а шахта 2 работает как регенеративная шахта. Управление работой системы 18 створок осуществляется посредством устройства управления, которое подробно не показано здесь, так что в основном общее количество, но не менее 90%, охлаждающего воздуха, подаваемого в шахту 1, подается через первый трубопровод 14 охлаждающего воздуха в вытесняющее устройство 10, в то время как количество охлаждающего воздуха в шахте 2 подается в основном через связанное с ней выгружающее устройство 13. Таким образом, охлаждающий воздух можно подавать в необходимом количестве через вытесняющее устройство 10 или вытесняющее устройство 11 посредством створки 18а. Посредством подходящих мер может быть обеспечено то, что относительно небольшое количество барьерного воздуха продолжает проходить через закрытый трубопровод охлаждающего воздуха с целью предотвращения блокировки выходных отверстий для газа вытесняющих устройств. Соответствующим образом охлаждающий воздух может быть подан либо через третий трубопровод 16 охлаждающего воздуха, либо через четвертый трубопровод 17 охлаждающего воздуха посредством створки 18b; здесь также возможна подача небольшого количества барьерного воздуха.
Первый и второй трубопроводы 14, 15 охлаждающего воздуха, которые соединены с вытесняющими устройствами 10 и 11, преимущественно открываются внутрь полых вытесняющих устройств, так что охлаждающий воздух далее поступает через выходные отверстия 10а и 11а для газа в зону охлаждения. Третий и четвертый трубопроводы 16 и 17 охлаждающего воздуха открыты ниже выгружающих устройств 12, 13, так что охлаждающий воздух подается через скопления материала 3а, 3b, образованные обожженной и охлажденной карбонатной горной породой в выгружающих устройствах 12, 13 (см. фиг. 2).
В верхней области шахты 1 за счет сгорания топлива 5 вместе с воздухом 7 для горения формируются дымовые газы 19, и они выходят по направлению вниз из зоны обжига и идут через перепускной канал 20, соединяющий две шахты, в шахту 2. Охлаждающий воздух 21, подаваемый через вытесняющее устройство 10, вытесняется дымовыми газами, выходящими из зоны обжига сверху вниз, так что охлаждающий воздух 21 поступает преимущественно вверх и к внешней границе шахты 1, а затем вместе с дымовыми газами он проходит через перепускной канал 20 в шахту 2.
С другой стороны, пути движения потока в регенеративной шахте 2 в корне различны. Во-первых, сверху не подается воздух для горения, а также отсутствует горение. Наоборот, дымовые газы 19 и охлаждающий воздух 21 проходят вверх от шахты 1 вместе с охлаждающим воздухом 22 из шахты 2 и выводятся в верхней части через трубопровод 23 газообразных продуктов. Поскольку охлаждающий воздух 22 в шахте 2 подается в основном исключительно через выгружающее устройство 13, формируется поток охлаждающего воздуха, который направлен преимущественно вверх и по направлению к середине шахты. По истечению заранее определенного цикла, например, 10-12 минут происходит смена работы двух шахт, так что шахта 1 тогда становится регенеративной шахтой, а шахта 2 работает как шахта для обжига. Тогда соответствующим образом изменяется введение охлаждающего воздуха, так что всегда обеспечивается то, что количество воздуха, предназначенного для подачи в шахту, которая теперь работает как шахта для обжига, подается в объеме 90-100% посредством вытесняющего устройства и в объеме не более 10% в область выгружающего устройства, тогда как количество охлаждающего воздуха, предназначенного для подачи в регенеративную шахту, подается в объеме 90-100% в область выгружающего устройства и в объеме не более 10% посредством вытесняющего устройства.
На фиг. 4 линии потока охлаждающего воздуха 21 и 22 и дымовых газов 19 представлены для ситуации, описанной на фиг. 1, при которой шахта 1 работает как шахта для обжига, а шахта 2 работает как регенеративная шахта. Именно здесь можно увидеть очень равномерное введение охлаждающего воздуха в зоны охлаждения.
Помимо разделения введения охлаждающего воздуха посредством вытесняющего устройства шахты для обжига и выгружающего устройства регенеративной шахты, предпочтительно подавать меньшее количество охлаждающего воздуха в шахту для обжига, по сравнению с количеством охлаждающего воздуха, подаваемого в регенеративную шахту. Разделение, при котором от 30% до 50% охлаждающего воздуха подается посредством вытесняющего устройства шахты для обжига, а остальная часть охлаждающего воздуха подается посредством выгружающего устройства регенеративной шахты, оказалось особенно эффективным.
В иллюстративном варианте осуществления, показанном на фиг. 4, все трубопроводы 14-17 охлаждающего воздуха снабжены створками 18с, 18d, 18е и 18f, управление которыми осуществляется посредством устройства 24 управления. Кроме того, схематически показаны устройства 25 подачи охлаждающего воздуха.
Как показано на фиг. 5, изотермы 27, проходящие практически горизонтально, расположены в области зоны охлаждения, так что обеспечивается очень равномерное охлаждение обожженной карбонатной горной породы по ширине зоны охлаждения. Таким образом, отсутствует формирование провисающих изотерм, что может привести к повреждению выгружающих устройств из-за чрезмерно горячего материала.
Выгружающие устройства 12 и 13, как показано на фиг. 2 и 3, сконструированы для выгрузки обожженной и охлажденной карбонатной горной породы радиально наружу или радиально внутрь. Для этого каждое выгружающее устройство содержит, например, сегментированную разгрузочную решетку, которая может перемещаться посредством толкающего механизма 26 в направлении двойной стрелки 27. Если выгружающее устройство 13 перемещается влево в иллюстративном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, то оно выталкивается из-под карбонатной горной породы, пока горная порода не упадет вниз на внешней стороне. Когда выгружающее устройство перемещается в противоположном направлении, выгрузка происходит в направлении внутрь. Естественно, выгрузка материала также имеет решающее влияние на то, распределится ли равномерно карбонатная горная порода внизу по всей ширине. В отношении данного типа выгружающего устройства было обнаружено, что предпочтительно, если 60-80% обожженной и охлажденной карбонатной горной породы выгружается в направлении наружу, а остальная часть выгружается в направлении внутрь.
3
3
3
Для обеспечения эффективного охлаждения диаметр в нижнем конце зоны охлаждения должен быть выбран таким, чтобы он был в 1,1-1,5 раза больше диаметра в нижнем конце зоны предварительного нагрева и обжига; для целей настоящего изобретения диаметр является внутренним диаметром зоны охлаждения или зоны предварительного нагрева и обжига. Вышеописанный способ распределения воздуха в шахте для обжига и регенеративной шахте, соответственно, обеспечивает возможность осуществления чрезвычайно эффективного охлаждения, так что общее количество охлажденного воздуха, подаваемого при обжиге карбонатной горной породы с содержанием CaCO более 97%, может быть уменьшено до менее чем 0,7 м/кг стандартного количества обожженной карбонатной горной породы, предпочтительно менее чем 0,65 м/кг стандартного количества обожженной карбонатной горной породы. Данный способ имеет преимущество, которое заключается в том, что количество газа, которое будет выводиться через трубопровод 23 газообразных продуктов, также уменьшается соответственно, и уменьшается потребление тепла печью.
Распределение воздуха в соответствии с настоящим изобретением дополнительно приводит к значительному уменьшению потока, идущего вдоль наблюдавшейся ранее границы. Кроме того, это позволяет снизить степень риска для локальных областей, в которых может произойти повторный обжиг.