ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к шахтным печам для обжига кусковых материалов, например известняка и может применяться в металлургии, промышленности строительных материалов, содовой и сахарной.
Известны шахтные печи для обжига кусковых карбонатных материалов различной производительности, работающие на твердом, жидком и газообразном топливе, имеющие зону подогрева, обжига и охлаждения, футерованную шахту, заключенную в металлический кожух, периферийные и центральную, периферийные и балочные горелки, периферийные горелки и газораспределительный керамический керн.
По своему принципу шахтная противоточная печь является практически идеальным теплообменным агрегатом - она имеет три технологических зоны: зону обжига, где интервал температур 870-1250°С и две утилизационные зоны. В зоне охлаждения физическое тепло готовой продукции полностью передается воздуху, поступающему на горение в зону обжига, и таким образом полностью возвращается в процесс. Тепло газов, покидающих зону обжига, передается материалу в зоне подогрева в максимально возможном количестве. Неизбежными тепловыми потерями в этом процессе является тепло отходящих газов, имеющих температуру 150-300°С.
Известна шахтная печь для обжига известняка (патент РФ №2194931, МПК 7 F27B 1/02, 20.12.2002 г.), содержащая керамический керн, состоящий из простенков и центрального столба, снабженного металлическими газоохлаждаемыми балками-фиксаторами. Данная печь имеет кожух, футеровку шахты, выносные топки, водоохлаждаемые опорные балки под керн, центральный столб, газоохлаждаемые балки-фиксаторы, опирающиеся на кожух печи, простенки, пазы в футеровке шахты и центральном столбе, в которые с зазорами на температурные расширения входят простенки.
Известная печь имеет ряд недостатков:
- наличие металлических газоохлаждаемых балок-фиксаторов, входящих в тело керна (и простенков и центрального столба) и ослабляющих его за счет различных температурных расширений металла и керамики.
- наличие в зоне обжига водоохлаждаемых опорных балок под керн и, как следствие, потери части тепла в зоне обжига печи с охлаждающей водой, необходимость наличия водооборотного цикла с химводоочисткой.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности является шахтная печь для обжига кусковых материалов (патент РФ №123507, 27.12.2012 г.), содержащая крестообразный в поперечном сечении газораспределительный керн, включающий центральную керамическую опору, установленную на воздухоохлаждаемой балке и выполненную в виде цельного столба с пазами, в которых, каждый со своей стороны расположены простенки в форме арок с выполненными внутри каждого из них жаровыми каналами с отверстиями для выхода газов в слой материала, опирающихся с зазором для возможных температурных деформаций в местах стыковки одним крылом на футеровку шахты, другим - на центральную керамическую опору, а также керновые и периферийные топливосжигающие устройства, установленные в два яруса, причем в качестве центральной керамической опоры она включает цельный столб с пазами, в которых каждый со своей стороны расположены простенки, а газораспределительный керн выполнен на 2-3 м выше уровня верхнего яруса топливосжигающих устройств и выложен из огнеупорного материала с использованием СВС-мертеля.
Известное устройство имеет ряд недостатков:
- выполнение керна на 2-3 метра выше верхнего яруса топливо сжигающих устройств не дает возможности выполнять возлагаемые на него функции - не обеспечивает равномерного температурного поля по сечению печи в зоне обжига.
-в прототипе пазы устроены только в центральной керамической опоре, вместе с тем при возможных температурных деформациях зазоры устраиваются с обеих сторон простенка и в опоре и в футеровке шахты печи. При отсутствии пазов для простенков в футеровке шахты печи возможно радиальное смещение простенка (крыла простенка) относительно футеровки шахты печи при первоначальной загрузке печи кусковым материалом перед ее пуском. Перед пуском печи, в холодную печь предварительно загружается кусковый материал, предназначенный для обжига, либо другие материалы указанные, в том, числе в книге А.В.Монастырева Производство извести. (см. книгу Монастырева А.В. «Производство извести». М.: Высшая школа, 1971 г.). При радиальном смещении простенка зазоры, предназначенные для компенсации температурных расширений, выбираются и при разогреве футеровки и температурных удлинениях простенка возможно разрушение футеровки шахты печи и самого простенка;
- практика применения СВС-мертелей в качестве связующего при кладке из огнеупорных материалов, как футеровки шахты печи, так и керна показала необходимость предварительного, после окончания футеровочных работ, высокотемпературного, свыше 900°С разогрева футеровки выложенной на СВС-мертелях, перед вводом печи в эксплуатацию, для создания условий позволяющих обеспечить возникновение реакций самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). При самораспространяющемся высокотемпературном синтезе происходит сваривание отдельных элементов футеровки (огнеупорных кирпичей, блоков) в монолит. Необходимость проведения данного мероприятия приводит к значительному удорожанию работ по строительству, реконструкции, ремонту печей т.к. требует сооружения временного - «ложного» свода, организации временной, отличной от штатной системы дымоудаления и значительного дополнительного расхода технологического топлива.
Задача, на решение которой направлено техническое решение, - обеспечение механической прочности и долговечности керна, снижение капитальных и эксплуатационных затрат на печь.
Поставленная задача достигается тем, что шахтная печь для обжига кусковых материалов, включает футерованную шахту с зонами подогрева, обжига и охлаждения, содержит воздухоохлаждаемую балку с окнами для подачи охлаждающего воздуха в пространство печи, расположенную в зоне охлаждения, крестообразный в поперечном сечении газораспределительный керн, включающий центральную керамическую опору, установленную на воздухоохлаждаемой балке и выполненную в виде цельного столба с пазами, в которых, каждый со своей стороны, расположены простенки в форме арок с выполненными внутри каждого из них жаровыми каналами с отверстиями для выхода газов в слой материала, опирающиеся с зазором, для возможных температурных деформаций в местах стыковки, одним крылом на футеровку шахты, другим - на центральную керамическую опору. Керновые и периферийные топливо сжигающие устройства, установлены в два яруса. При этом футерованная шахта заключена в металлический кожух и ее футеровка выполнена многослойной с применением легковесных теплоизоляционных материалов, а вершина газораспределительного керна, расположенного в зоне обжига печи, находится выше уровня верхнего яруса топливо сжигающих устройств, причем керн выложен из огнеупорного материала с использованием высокотемпературного связующего, кроме того, пазы, в которых располагаются простенки, выполнены не только в цельном столбе центральной керамической опоры, но и в футеровке шахты друг напротив друга, и для отопления печи может применяться газообразное, жидкое и твердое пылевидное топливо.
Заявленная совокупность существенных отличий обеспечивает следующие преимущества предлагаемой модели:
- наличие металлического кожуха позволяет при выполнении футеровки шахтной печи применить в промежутке между кожухом и рабочим слоем футеровки теплоизоляционные волокнистые материалы с креплением их к кожуху печи, а также засыпные легковесные теплоизоляционные материалы и заливные жароупорные пено и газобетоны легковесы, что позволяет снизить тепловые потери через кожух печи без значительного увеличения толщины футеровки. Кроме того, наличие кожуха печи позволяет закрепить на нем необходимое оборудование и площадки.
- керн расположен в зоне обжига, а его вершина находится выше уровня верхнего яруса топливо сжигающих устройств, что позволяет выполнять возлагаемые на него функции - обеспечение равномерного температурного поля по сечению печи в зоне обжига. Расположение вершины керна выше уровня верхнего яруса топливо сжигающих устройств в зоне печи с более низкими температурами защищает вершину керна и соответственно сам керн от разрушения. Кроме того, прототип - шахтная газовая печь, а в заявляемой полезной модели может применяться газообразное, жидкое и твердое пылевидное топливо.
- сооружение пазов для простенков в футеровке шахты печи исключает возможность радиального смещения простенка (крыла простенка) относительно футеровки шахты печи при первоначальной загрузке печи кусковым материалом перед ее пуском и позволяет избежать разрушения футеровки и самого простенка при температурных деформациях.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг.1 - зона обжига, разрез А-А;
фиг.2 - зона обжига, разрез Б-Б;
фиг.3-зона обжига, разрез В-В
Шахтная печь имеет: кожух печи 1, шахту печи 2, футеровку печи 3, газораспределительный керн 4, простенки керна 5, жаровые каналы керна 6, отверстия в керне для выхода продуктов сгорания в слой материала 7, воздухоохлаждаемую опорную балку с узлом центрального подвода воздуха на охлаждение 8, окна, через которые охлаждающий воздух подается в пространство печи 9, центральную керамическую опору 10, выносные топки 11, периферийные диффузионные горелки 12, штуцеры ввода воздуха в приемный бункер извести 13, разгрузочное устройство 14.
Шахтная печь, оснащенная керном, выложенным из огнеупорного материала, работает следующим образом. Кусковой материал, поступающий из зоны подогрева печи, распределяется керном на четыре сектора, где обжигается продуктами сгорания топлива, поступающими из отверстий 7, простенков 5 и периферийных горелок 12. Разность температур в зоне обжига по сечению печи по опытным данным составляет 50-60°С, что позволяет достичь степени обжига 94-96%.
Технико-экономические преимущества предложенного технического решения состоят в следующем:
- повышена механическая прочность и долговечность керна;
- снижены капитальные и эксплуатационные затраты на обжиг материалов;
- снижена вероятность разрушения простенков и футеровки шахты печи при температурных деформациях.