Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Теплотехнические установки и агрегаты производства вяжущих материалов и изделий на их основе - файл 1.docx


Лекции - Теплотехнические установки и агрегаты производства вяжущих материалов и изделий на их основе
скачать (188.3 kb.)

Доступные файлы (1):

1.docx189kb.15.12.2011 15:06скачать

содержание
Загрузка...

1.docx

1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...

Недостаток фильтр пресса значительный расход фильтровальной ткани.

Достоинство механическое обезвоживание самый дешевый способ удаления влаги.

При использовании в качестве запечных теплообменников концентраторов шлама и фильтр прессов осуществляется полусухой (комбинированный) способ производства, который является перспективным направлением реконструкции действующих линий мокрого способа, работающих на шламах с высокой влажностью.

^ Вращающиеся печи сухого способа производства извести и цементного клинкера.

Главным конструктивным отличием печей сухого способа производства является меньшее соотношение L/D, составляющее обычно 12-20. Венцовая шестерня ставится ближе к холодному концу печи. В связи с тем, что эти печи питаются сухой сырьевой смесью, температура отходящих газов у них составляет около 900-1100 . Поэтому они эксплуатируются только с запечными теплообменниками, в которых происходят процессы сушки, подогрева и частично декарбонизации. Более высокотемпературные процессы протекают непосредственно в печи. Удельный расход теплоты в лучших современных печных агрегатах сухого способа производства клинкера составляет 3100-3200 кДж/кг, т.е. практически вдвое меньше, чем у печей мокрого способа производства. Сухой способ производства предусматривает следующие запечные теплообменные устройства:

  1. 

  2. Слоевые (конвейерный кальцинатор системы «Леполь»);

  3. Циклонные;

  4. Шахтные;

  5. Шахтно-циклонные;

Наибольшее распространение в СИГ получили печи следующих размеров:

  1. 4×60 м с конвейерным кальцинатором, производительность 30 т/ч, расход теплоты-4000 кДж/кг клинкера.

  2. 7/6,4×95 м с циклонными теплообменниками, производительность-125 т/ч, расход теплоты 3600 кДж/кг.

  3. 5×75 м с ЦТ, производительность 70 т/ч, расход теплоты 3800 кДж/кг.

  4. 4,5×80 м с ЦТ и декарбонизатором, производительность 150 т/ч, расход теплоты 3100-3500 кДж/кг.

^ Запечные теплообменные устройства сухого способа производства извести и цементного клинкера. Конвейерный кальцинатор.

Используется в печных агрегатах полусухого (клинкера) и сухого (известь) способов производства. Требует предварительного гранулирования сырья либо использования плотных пород (в производстве извести). Работает по двум схемам – с однократным и двукратным прососом газов. В последнем случае достигается более существенная экономия. Расход теплоты составляет 3700-3800 кДж/кг клинкера, производительность – до 3000 т/сут.

Колосниковая решетка состоит из шарнирно соединенных стальных звеньев, образующих ленту шириной 3-4 м и длиной 15-25 м. Она помещена в камеру, футерованную внутри огнеупором. Лента движется со скоростью 25-50 м/ч. Камера разделена на горячую и холодную части поперечной перегородкой. Горячая часть камеры соединяется с печью, холодная – с дымососом.

При производстве клинкера сырьевая смесь, приготовленная из пластичного сырья, предварительно гранулируется. Диаметр гранул – 10-15 мм, влажность – 12-18 %. Гранулирование производится на грануляторах тарельчатого типа. Тарелка наклонена к горизонту на 35-60º. Таким же образом может производится известь из рыхлых мелов. При обжиге известняка используется его фракция того же размера. Материал поступает на решетку и движется вместе с ней навстречу отходящим из печи газам, имеющим температуру 900-1100. Толщина слоя материала 150-200 мм. Газы просасываются вентилятором через слой гранул и снижают свою температуру до 300. Материал нагревается до температуры 800-850 и декарбонизируется на 10-20%, затем поступает в печь. Газы, имеющие температуру 300, освобождаются от пыли в циклонах и вентилятором нагнетаются в верхнюю часть холодной камеры, в которой вновь просасываются через слой сырья, подсушивая его и подогревая до 100-150. При этом газы охлаждаются до температуры 120-140 и идут на пылеочистку.

Достоинства:

  1. Низкий расход теплоты.

  2. Небольшие габаритные размеры.

Недостатки:

  1. Сложность конструкции, большая металлоемкость.

  2. 

  3. Использование сырья в виде гранул либо кусков.

  4. Нестабильность технологического режима, которая выражается в пригорании решетки и просыпи сырья.

Циклонные теплообменники.

Наиболее широко используются в настоящее время имеют различное конструктивное исполнение, но обязательно включают расход из 4 последовательно соединенных циклонов.
^ Схема четырехступенчатого циклонного теплообменника.

Принцип работы основан на подогреве материала и его частичной декарбонизациии во взвешенном состоянии благодаря интенсивному теплообмену в циклонах и газоходах.

Сырьевая мука с размером частиц 1-2 мм и влажностью до 1% питателем через дозатор подается в газоход батарейного циклона 4 ступени. В нем материал увлекается газовым потоком из циклона 3 ступени с температурой 4000 С, вносится в батарейный циклон 4 ступени, отделяется от газов и поступает в газоход циклона 3 ступени, уже нагретый до температуры 250-3500С. Затем подхватывается газами с температурой 500-6000С, выходящим из циклона второй ступени и подается в циклон третьей ступени. Из него материал попадает в газоход циклона второй ступени, в циклоне отделяется от газов и попадает в газоход первой ступени, где также отделяется от газов и поступает в печь. За время движения материала, составляющее 20-30 с. он нагревается до 700-8000С. Газы из печи входят в теплообменник с температурой 1000-11000С, а выходят из него с температурой 3000С. После этого они очищаются в электрофильтрах и выбрасываются в атмосферу. Циклоны первой и второй ступени футеруют изнури огнеупором, а третья и четвертая ступени – теплоизолируют снаружи. Сырьевая мука, проходя последовательно через циклоны, декарбонизируется на 25-30%. В каждой ступени теплообмена между газовым потоком и материалом теплообмен происходит при прямоточном движении с очень высокой интенсивностью нагревания частиц материала, что приводит к постепенному выравниванию температур газовой среды и материала. Температура отличается по ступеням приблизительно на 2000С.

Увеличение числа ступеней циклонов в теплообменнике приводит к более полной утилизации теплоты, но при этом увеличиваются затраты электроэнергии на преодоление сопротивления, что не всегда оправдывается экономически. Однако, за рубежом разработан пятиступенчатый теплообменник. Затраты электроэнергии снижены при этом за счет использования циклона с низкой потерей давления. Температура отходящих газов при этом составляет 220 – 2500С. Кроме того, использование пятой ступени позволяет сократить длину печи.

На печах большой производительности обычно устанавливаются 2 ветви теплообменников.

Для герметизации системы циклонов в нижней их части на течках установлены самозакрывающиеся затворы – мигалки. При достижении определенного давления материала затворы открываются, выпускают материал и автоматически закрываются. При подсосе в циклоны уже 3% газов из расположенных ниже газоходов тепловой КПД циклонов падает на 30-40%.



Достоинства:

  1. Простота конструкции.

  2. Надежность в работе из-за отсутствия движущихся частей.

  3. Исключение необходимости гранулирования частей шихты и использование порошкообразной сырьевой муки.

  4. Низкий удельный расход теплоты 3400 – 3600 кДж/кг

  5. Более высокий тепловой КПД - 55-65%.

  6. Более высокий удельный съем клинкера с 1м3 печи.

Недостатки:

  1. Чувствительность к изменению режима работы (зависание материала в циклонах; образование циклонов наростов из-за изменения расхода топлива и подачи материала).

  2. Повышенный удельный расход электроэнергии.

  3. Недостаточная степень очистки газов.

Этот недостаток диктует необходимость направлять отходящие газы в сушильно-помольное отделение.

  1. Чувствительность к изменению химического состава сырьевой муки.


Структура теплового баланса ЦТ.

Приход:

  1. С отходящими из печи газами.

  2. С подсосанным воздухом.

  3. С пылеуносом из печи.

  4. С сырьевым материалом, поступающим в теплообменник.

Расход:

  1. На удаление остаточной физической влаги.

  2. На удаление кристаллогидратной влаги и разложение глинистых минералов.

  3. На разложение 25-30% СаСО3.

  4. С нагретым материалом.

  5. С отходящими дымовыми газами.

  6. Потери в окружающую среду.


Шахтно-циклонный теплообменник.

Шахтно-циклонный теплообменник действует по принципу противотока и прямотока. Отличается от циклонного тем, что циклоны 1 и 2 ступени заменены шахтой. В шахте осуществляется противоточный теплообмен, что повышает его эффективность, в циклонах – прямоточный.

Пневмотранспортом мука подается в газоход, объединяющий 1 и 2 ступени циклонов. Потоком газов она выносится в группу циклонов 2 ступени, осаждается и направляется в шахту. В группе циклонов 1 степени, непосредственно соединенной с шахтой, улавливается выносимая из шахты пыль и вместе с сырьем направляется обратно в шахту, то есть каскад циклонов является также пылеосадителем.

Частицы пыли размером менее 10 мкм улавливаются в электрофильтры. газы, выходящие из печи, закручиваются в шахте по спирали восходящего газового потока с целью интенсификации теплообмена. Высота шахты составляет 20 – 28 м.



Газы из печи поступают в шахту с температурой около 10000С, а выходят при 340 – 3600С. Материал нагревается в шахте до 800 - 8200С. Шахта металлическая, футерована внутри огнеупором, каскады циклонов снаружи теплоизолируются. На печах большой мощности устанавливаются 2 параллельные ветви теплообменников. Степень декарбонизации – 35 – 40%.

Достоинства:

  1. Низкое аэродинамическое сопротивление запечной системы.

  2. Ликвидация вероятности образования сваров в циклонах 1 и 2 ступеней.

  3. Увеличение производительности печи на 10 – 15%.

  4. Снижение расхода теплоты на обжиг (3200 – 33000С).

Недостатки:

  1. Достаточно большой пылеунос материала.


Шахтный теплообменник.

Теплообменник является почти полностью противоточным, за исключением верхней ступени, которая с целью отделения пыли выполнена в виде двух циклонов. Он состоит из верхней двойной циклонной ступени с трактом для восходящего потока и цилиндрической шахты. Шахта с помощью сужений разделена на четыре камеры. Конусные сужения необходимы для более равномерного распределения опускающейся сырьевой муки. Т.о., теплообменник работает в 5 ступеней. Сырьевая мука вводится между верхней камерой шахты и циклонной ступенью, уносится вверх газовым потоком, подогревается, сепарируется от газа в циклонах и попадает в верхнюю камеру шахты, откуда спускается в нижние камеры навстречу потоку газа и затем во вращающуюся печь. Температура отходящих дымовых газов 350, на выходе из печи около 1000. Удельный расход теплоты в шахтных теплообменниках составляет 3400-3600 кДж/кг. Большое поперечное сечение шахтных теплообменников и соответственно низкая скорость газового потока служат причиной относительно низкого аэродинамического сопротивления – около 2500 Па, причем на шахту приходится 40% потерь давления, на циклоны и газоход – 60%. Степень декарбонизации – 40%. Производительность – до 1000 т/сут. Высота шахты – до 50 м, диаметр – 6-7 м.
^ Теплообменники с байпасной системой.

Одной из основных причин разрушения бетона является реакция между щелочами цемента и заполнителями, содержащими вредные включения: халцедон, тридимит, кристобалит, цеолит, обсидиан. Поэтому максимальное содержание щелочей в цементе ограничивается 1%. В печах с циклонными теплообменниками в процессе обжига в системе печи и соответственно в клинкере остается больше щелочных оксидов, чем в печах других систем. В ходе обжига щелочные оксиды из глинистых минералов сырьевой муки и из топлива переводятся в состав клинкера: K2O в количестве до 2,2% и Na2O в количестве до 0,7%. При температуре выше 800 °C щелочи в печи начинают возгоняться. Наиболее температуроустойчивая часть щелочей остается в клинкере в составе следующих соединений KC23S12; NaC8A3; KC8A3; K2SO4; Na2SO4. Испарившиеся щелочи переходят в более холодные зоны печи, где конденсируются на холодном материале. В печах с теплообменниками это наблюдается уже на 4-ой и 3-ей ступенях теплообменника. Особенно сильно 

конденсируется K2O – до 81–97%. Это значит, что от 3 до 19% щелочей удаляются из установки. Следовательно, пыль, выносимая из теплообменника отходящими газами, содержит много щелочей и не может быть возвращена в печь.

Щелочной конденсат вместе с сырьевой смесью далее попадает в зоны печи с высокой температурой, где снова испаряется. При этом возникает так называемый внутренний кругооборот, или циркуляция щелочей, в отличие от так называемого внешнего щелочного кругооборота, возникающего в результате возврата в печь вместе с сырьевой мукой пыли, уловленной из отходящих газов и содержащей щелочи. При внешнем кругообороте часть щелочей конденсируется в 3-ей и 4-ой ступенях, что привести к образованию щелочных наростов, приводящих к нарушению теплового и технологического режима работы теплообменника и всей системы в целом. Особенно вероятен такой вариант при использовании сырья с высоким содержанием щелочей, что характерно для нашей сырьевой базы.

Для предотвращения данного явления используется байпасная система. При отводе части отходящих от печи газов мимо теплообменника через так называемый байпасный клапан, расположенный в пылевой камере печи, в отдельный байпасный тракт. Можно снизить щелочной кругооборот и тем самым уменьшить содержание щелочей в клинкере и предотвратить образование наростов и настылей в теплообменнике.

Печная пыль с высокой концентрацией щелочей, отводимая с помощью байпасной системы, не может быть возвращена в печь. Она должна быть удалена или подвергнута выщелачиванию.

В связи с необходимостью дополнительных затрат на устройство байпасной системы и ее отрицательным влиянием на тепловую эффективность печи через байпасную систему отводят не более 25% объема печных газов. При объеме байпаса более 25% щелочность снижается относительно мало. В большинстве случаев объем байпаса 3–10 вполне достаточен. При работе установки с байпасной системой расход теплоты повышается примерно на 16–20 кДж/кг клинкера на каждый процент объема отводимого газа. Увеличивается и расход электроэнергии – в среднем на 2 кВт∙ч/т клинкера независимо от объема отводимого газа. Количество пыли, отводимое байпасной системой, равно примерно 1% от массы сырьевой муки, загружаемой в теплообменник, на каждые 10% объема отводимого газа.

Температура байпасных газов у клапана составляет около 1100 °C. Химические свойства щелочных соединений требуют разбавления байпасных газов холодным воздухом до достижения температуры 475 °C. Только при этой температуре можно начинать их охлаждение до 285 °C с помощью раскаления воды; такая температура допускается на входе в рукавный фильтр.

В результате многочисленных экспериментов установлено следующее:

  1. Степень возгонки щелочей возрастает с повышением температуры в зоне спекания печи, а также с удлинением времени пребывания в ней материала.

  2. Степень возгонки щелочей из сырьевой муки последовательно уменьшается в ряду исходных минералов, содержащих щелочные оксиды: иллит > слюда > ортоклаз.

  3. При повышении концентрации SO3 в сырьевой муке и SO2 в отходящих газах летучесть щелочей и их циркуляция снижаются в связи с образованием K2SO4 и Na2SO4.

  4. 

  5. Наличие водяного пара в печных газах и особенно ионов хлора в сырьевой муке и печных газах способствуют повышению летучести щелочей.

Существуют различные байпасные системы. Схема байпасной системы теплообменника. Щелочная пыль из байпасного газа осаждается в отдельных циклонах, а обеспыленный воздух смешивается с основным газовым потоком. Пыль с высоким содержанием щелочей удаляется или подвергается выщелачиванию. Существуют и другие байпасные системы. Щелочная пыль из байпасного газа осаждается в отдельных циклонах, а обеспыленный газ подается к специальному электрофильтру для вторичной очистки. В этом случае основной поток отходящих газов более пригоден для сушки сырья, чем в предыдущей установке. Ко второму варианту байпасный газ подается непосредственно в специальный обеспыливающий агрегат.
^ Вращающаяся печь с циклонным теплообменником и декарбонизатором

Дальнейший поиск повышения производительности и снижения удельного расхода теплоты на единицу продукции привел к созданию печной системы, в которой зона декарбонизации была вынесена за пределы печи – в запечный реактор-декарбонизатор. Всего в мире эксплуатируется около 23 типов декарбонизаторов, которые по принципу действия и основным характеристикам разделяются на 5 групп.

На данный момент печи с декарбонизатором обеспечивают более 25% выпуска клинкера. В СНГ используются декарбонизаторы типа СМЦ-29 наиболее распространенной системы RSP.

Декарбонизатор встраивается в систему циклонных теплообменников между 2-ой и 1-ой ступенями циклонов.

^ Принцип действия:

Воздух из охладителя клинкера с температурой около 600 °C по воздуховоду подводится к декарбонизатору . Часть воздуха тангенциально подается в вихревой кальцинатор, а часть – в вихревую камеру сгорания. Сырьевая мука с температурой выше 600 °C из циклона 2-ой ступени по течкам попадает в воздуховоды вихревого кальцинатора и вносится в кальцинатор. В нем происходит интенсивный теплообмен между сырьевой мукой, газами и факелом горящего топлива (мазута) с достижением 45%-й степени декарбонизации. Эффективному теплообмену способствуют вихревой режим движения газов и сырья, обеспечивающий тесный контакт меду горячими газами и частицами материала, а также высокая температура газовой среды. После кальцинатора пылегазовый поток с температурой 950 °C попадает в кальцинирующую шахту, где интенсивно перемешивается и потоком отходящих из печи газов с температурой 1000–1100 °C поднимается в газоход, а из него – в циклон 1-ой ступени.

После кальцинирующей шахты степень декарбонизации достигает 85–95%. Степень декарбонизации зависит от доли сжигаемого топлива в декарбонизаторе, которое составляет 60–65% от общего расхода топлива на получение клинкера. В циклоне 1-ой ступени происходит разделение газов и сырьевой муки. Сырьевая мука с температурой около 800–840 °C через течку, оснащенную мигалкой, поступает в печь. Работа вращающейся печи в данном случае сводится лишь к процессу клинкерообразования, что значительно повышает производительность – в 

2 раза по сравнению с печами, оснащенными обычными циклонами теплообменниками. Время пребывания материала в декарбонизаторе – до 2 мин.

Декарбонизатор изготовлен из листовой стали и футерован внутри огнеупором. Циклоны 1-ой и 2-ой ступени футерованы более высокоогнеупорным материалом, т. к. по сравнению с циклонным теплообменником температура здесь выше. Более высокая температура достигается благодаря практически стехиометрическому количеству воздуха на горения, т. к. ввод топлива происходит тангенциально, при этом образуются закручивающиеся потоки.

В установках декарбонизатором удельный расход теплоты теоретически должен быть несколько выше, чем в печах, оборудованных циклонными теплообменниками, однако наблюдается обратное явление, что связано с тем, что удлиняется межремонтный период и обеспечивается увеличение производительности. Фактический расход теплоты в этих установках даже несколько ниже, чем в печах с другими запечными теплообменными устройствами.

Преимущества по сравнению с циклонными теплообменниками:

  1. Увеличение производительности с 55 т/ч до 125 т/ч, а удельная производительность возрастает с 2 до 3,5- 4 т/(м3∙ сут).

  2. Использование печей меньшего размера;

  3. Возможность использования практически любого топлива, в том числе горючих отходов. При образовании золы необходимо учитывать ее присадку.

  4. Снижение расхода топлива до 2950 кДж/кг, а тепловой КПД – 50-60%.

Недостатки:

  1. Возможность перегрева и налипания материала на стенки декарбонизатора при нарушении синхронизации сжигания топлива в кальцинаторе и печи.

Сравнительная характеристика шахтных и вращающихся печей

^ Вращающиеся печи

Шахтные печи

Степень заполнения – 10-12%, что приво-

дит к ограничению степени контакта газов

с материалом, увеличению длины и повы-

шенному расходу топлива.

Материал занимает весь объем.

Барабан футерован 1 слоем огнеупорного

кирпича, поэтому потери больше на 15-20%,

что приводит к увеличению расхода топли-

ва и теплоты.

Футеровка – 3 слоя.

Передача теплоты осуществляется в основ-

ном путем излучения, а также теплопровод-



ностью и конвекцией, поэтому передачу те-

плоты улучшают применением запечных

теплообменников.



Передача теплоты осуществляется в основ-

ном теплопроводностью и конвекцией.



Высокомеханизированы, производительны

и характеризуются минимальными затрата-

ми рабочей силы на обслуживание. Наблю-

дается более плавный переход температур,

поэтому легче создать необходимый режим

обжига.

Имеет место неравномерность распределения

газов и теплоты по сечению печи и, соответ-

ственно, неравномерность обжига. Трудно

обеспечить равномерную загрузку и выгрузку

материала. Все это усложняет аэродинамику

печи.
Сопоставление технико-экономических показателей работы вращающихся и шахтных печей для производства цемента показывает, что:

  1. Агрегатная производительность вращающихся печей выше в 15-20 раз;

  2. Общие приведенные затраты энергии ниже на 10-15% (для печей сухого производства);

  3. Выше качество цемента.



Преимущества шахтных печей:

  1. Меньше общая материалоемкость (металл и огнеупоры);

  2. Ниже удельная стоимость капиталовложений;

  3. Выше удельный съем клинкера.

У известковых вращающихся печей по сравнению с шахтными:

  1. Агрегатная производительность выше в 4-5 раза;

  2. Более широкое использование сырьевых ресурсов (универсальность по сырью);

  3. Лучшее качество извести.

Но:

  1. Выше приведенные затраты энергии на 5-8%;

  2. Выше металлоемкость в 2-3 раза.

По совокупности показателей более важными являются преимущества все же вращающихся печей.
^ Холодильники вращающихся печей

Предназначены для окончательного охлаждения материала после выхода его из зоны охлаждения вращающейся печи и получения его с требуемым фазовым и минералогическим составом. Материал (известь или клинкер) охлаждаются воздухом, который поступает во вращающуюся печь для сжигания топлива. 

Холодильники выполняют роль тепловых утилизаторов и повышают тепловую эффективность печного агрегата.

Существуют четыре основных типа холодильников:

1)Барабанные;

2)Регуляторные;

3)Колосниковые;

4)Шахтные.

При оценке и выборе холодильника следует рассматривать следующие факторы:

  1. Тепловой коэффициент полезного действия, определяемый отношением количества теплоты, отобранной у горячего материала и используемого для процесса обжига, к общему теплосодержанию материала:

,

где ^ A- общее теплосодержание материала;

B- потери теплоты в холодильнике.

Величина B складывается из потерь теплоты с аспирационным воздухом, с материалом, выходящим из холодильника и потерь в окружающую среду с излучением и конвекцией. Тепловой КПД холодильников всех типов вращающихся печей находится в пределах 50-80%.

  1. Разность температур между горячим клинкером, поступающим в холодильник, и вторичным воздухом, выходящим из него в печь. При равной тепловой эффективности лучшим является холодильник, подводящий с вторичным воздухом максимум теплоты в печь.

3) Степень охлаждения материала, измеряемая его температурой на выходе из холодильника. Эта температура колеблется для холодильников различных типов от 50 до 300°С.

4) Удельный расход энергии на работу холодильника. Этот показатель у барабанных и планетарных холодильников ниже, чем у остальных.

5) Расход воздуха на охлаждение. Объем воздуха для охлаждения материала в барабанных, планетарных и шахтных холодильниках ограничен величиной, необходимой для сжигания топлива в печи, хотя для необходимой степени охлаждения материала в таких холодильниках расход воздуха требуется больший. Поэтому материал, поступающий из таких холодильников, имеет более высокую температуру по сравнению с колосниковым холодильником. В колосниковом холодильнике низкая температура выходящего материала обусловлена большим расходом охлаждающего воздуха и более эффективным теплообменом. Избыточный теплый воздух применяется для сушки сырья или добавок и частично выбрасывается в атмосферу. В последнем случае он нуждается в очистке, что требует дополнительных затрат.

Наличие большого числа факторов затрудняет оценку холодильников, т.к. часто преимущество в одном отношении приходится компенсировать потери в другом.



Барабанные холодильники.

Это самый старый тип холодильников. В настоящее время используются для охлаждения извести. Ими оборудованы печи малой производительности (12-16 т/ч) длиной 60-90м. Представляет собой вращающийся барабан, находящийся под печью. Барабан имеет наклон 4-7%. Барабан и вращающаяся печь наклонены в разные стороны. Барабан опирается на два бандажа и имеет самостоятельный привод через венцовую шестерню. Диаметр барабана- 1,2-2,5м, длина- 10-30м, частота вращения- 3-8 об/мин. Внутренняя поверхность барабана на 70% длины футерована огнеупорным кирпичом. Для эффективного теплообмена в барабане смонтированы внутренние теплообменные устройства из термостойкой стали и огнеупорных материалов- планки и пересыпные лопасти.

За счет разрежения в разгрузочной головке печи холодный воздух всасывается через открытый конец барабанного холодильника и проходит через него противотоком движению материала. При этом вторичный воздух нагревается до 400-750°С, а материал охлаждается с 1000-1200°С до 150-300°С. Вторичный воздух используется для сжигания топлива.

В печах сухого способа тепловой КПД барабанного холодильника составляет 55-75%, мокрого способа- около 78%. Это связано с тем, что в печи мокрого способа можно подавать больший объем воздуха из холодильника на горение, т.к. расход топлива и, соответственно, воздуха по мокрому способу выше. Это повышает тепловой КПД холодильника.

Удельная производительность барабанных холодильников составляет 2,5-3,5 т/(×сут). Клинкерные барабанные холодильники имеют соотношение L/D от 10:1 до 12:1, известковые от 8:1 до 10:1.

Наличие пересыпных лопастей, способствует подъему и перемешиванию материала в холодильнике, позволяет повысить степень заполнения холодильника практически до наблюдаемой в печи.

Для достижения максимального теплообмена скорость воздуха у загрузочного конца барабанного холодильника должна составлять около 4 м/с. Потери теплоты в окружающую среду через стенки барабанного холодильника из-за излучения и конвекции составляют 250-300 кДж/кг материала.

Достоинства:

1) Простота конструкции и надежность в эксплуатации.

Недостатки:

  1. Низкий КПД;

  2. Необходимость увеличения высоты производственного помещения, т.к. холодильник располагается под печью.

  3. Затраты электроэнергии на привод барабана.

Рекуператорные ( планетарные, многобарабанные) холодильники.

Рекуператорные холодильники состоят обычно из 10-12 сварных металлических цилиндров, установленных симметрично в виде венца по окружности горячего конца вращающейся печи. Такой тип холодильников не имеет собственного привода и вращаются вместе с печью.



Схема рекуператорного холодильника

1-корпус печи;

2- подрекуператорная обечайка;

3- лейка;

4- цилиндр-рекуператор;

5- борт;

6- разгрузочное устройство;

7- цепи;

8- башмаки;

9- роликовая опора.

Рекуператоры соединены с корпусом печи лейкой (течкой). Между лейками внутри печи установлены башмаки. Лейки и башмаки выполнены из жаропрочной стали и чугуна. Внутри рекуператоры с горячего конца оборудованы на ¼ броневыми плитами с полками из жаростойкого чугуна для лучшего пересыпания клинкера. Для лучшего теплообмена оставшееся ¾ длины рекуператора оборудованы навеской цепей или подъемными полками. В конце цилиндра находится разгрузочное отверстие с колосниками, а в торце- борт, препятствующий высыпанию клинкера через открытый конец рекуперутора. Через отверстия в корпусе печи клинкер поступает в планетарные холодильники. Охлаждение осуществляется в противотоке. Окружающий воздух засасывается в холодильники через торцевые отверстия со стороны разгрузочного конца под действием тяги и охлаждает пересыпающийся внутри клинкер до 250-300°С. Весь охлаждающий воздух подается в печь и идет на горение топлива. Клинкер в планетарном холодильнике обычно движется параллельно перемещению клинкера во вращающейся печи. Однако имеются планетарные холодильники, способные перемещать клинкер в противоположном направлении. Вес планетарного холодильника воспринимается роликовой опорой, расположенной перед входными патрубками для клинкера. Повышение веса корпуса печи, оборудованной планетарными холодильниками, и возникающие в корпусе напряжения ограничивают длину планетарных холодильников. По конструктивным соображениям из-за консольного расположения не разрешается превышать определенное соотношение размеров печи и холодильников. Например, для печи с производительностью 500-700 т/сутки максимальный размер планетарных холодильников составляет 1,25×7,5 метра. Этот недостаток устранен в планетарных холодильниках нового типа. Существенными отличиями новых планетарных 

холодильников является удлинение корпуса печи и установка дополнительной роликовой опоры для поддержки удлиненного корпуса. Это позволяет применять более крупные холодильники без снижения несущей способности корпуса вращающейся печи. Но при этом для восприятия дополнительной массы холодильника обечайка печи на этом участке должна иметь большую толщину. Отношение L/D в новых холодильниках составляет 12:1.

Планетарные холодильники имеют тепловой КПД 65-70%. Воздух прогревается до более высокой температуры, чем в барабанных холодильниках. Обычно размеры цилиндров рекуператоров составляют: длина 10-20м, диаметр- 1,65-1,95м.

Достоинства:

  1. Просты по конструкции, надежны в эксплуатации;

  2. Отсутствие собственного привода, что уменьшает расход электроэнергии;

  3. Не требуется аспирационная система.

Недостатки:

  1. Трудность регулирования объема воздуха, поступающего в печь на горение;

  2. Усложнение работы горячего конца печи;

  3. Возможность неравномерной загрузки барабанов и их перегрев.

При большой нагрузке или возникновении неравномерностей в эксплуатации печи клинке на выходе из планетарного холодильника может иметь повышенную температуру. В связи с этим может предусматриваться система внутреннего водяного охлаждения клинкера непосредственно перед торцами планетарных холодильников. Для снижения температуры клинкера на 25°С требуется 1% воды от массы клинкера, при необходимости в планетарные холодильники непрерывно подается до 4% охлаждающей воды. Использование этого метода не оказывает заметного влияния на расход теплоты.
^ Шахтные холодильники.

Идея охлаждения клинкера в шахтном холодильнике возникла из конструкции цементных шахтных печей, в которых имеет место комбинация из обжигового аппарата и клинкерного холодильника, которые соединены в одной установке.

Схема шахтного холодильника.



  1. 

  2. вращающая печь;

  3. головка печи и верхняя часть шахты;

  4. шахта холодильника;

  5. валковая решетка;

  6. псевдоожиженный слой клинкера;

  7. выходной клапан;

  8. охлаждающий воздух;

  9. конвейер.

Холодильник состоит из выложенной огнеупорной шахты, валковой решетки и разгрузочного бункера с выходным воздухопроницаемым клапаном. Он оборудован вентилятором для нагнетания охлаждающего воздуха. Верхняя часть шахты имеет меньший диаметр, что позволяет повысить скорость охлаждающего воздуха на этом участке и придать около клинкера подвижность. Благодаря эффекту ожижения материал в верхней части шахты переходитв псевдоожиженное состояние, и клинкер, поступающий в холодильник из вращающейся печи, немедленно равномерно распределяется по всему поперечному сечению шахты. Каждый из профилированных валков валковой решетки имеет отдельный привод. При необходимости валки могут вращаться с различной частотой, обеспечивая нужную скорость подачи материала. Куски клинкера или извести крупностью более 25 мм дробятся под действием валков. Охлаждающий воздух распределяется по поперечному сечению шахты равномерно. В псевдоожиженном слое материала создаются условия для наиболее интенсивного теплообмена. Однако в действительности условия псевдоожижения не всегда удается реализовать полностью, т.к. постоянство размеров гранул материала, его количество и равномерное распределение воздуха не всегда достижимы.

Поскольку охлаждение в шахтном холодильнике происходит быстро, качество клинкера почти не отличается от клинкера, охлажденного в колосниковом холодильнике.

В зависимости от расхода охлаждающего воздуха температура клинкера на выходе из холодильника составляет 250-280ºС. Температура вторичного воздуха, идущего на горение после процесса охлаждения, составляет 900-1000°С. Расход охлаждающего воздуха составляет 1,1 /кг клинкера, удельные энергозатраты- около 8 кВт×ч/т клинкера. Тепловой КПД шахтного холодильника равен 75-80%. Поскольку шахтный холодильник не имеет избыточного воздуха, отпадает необходимость в аспирационной системе.
^ Колосниковые холодильники

Существует несколько конструкций колосниковых холодильников: скребковый, переталкивающий, вибрационный, цепной, вращающийся и др. Все они работают по одному принципу – охлаждение материала осуществляется просасыванием воздуха через его слой. Используются для охлаждения извести и клинкера. Для печей высокой производительности применяются в основном колосниково-переталкивающие холодильники, производительность которых может достигать более 200т/час. Промышленностью СНГ выпускаются колосниково-переталкивающие холодильники серий “Волга” и СМЦ-33. Холодильники серии “Волга” выпускаются для печных агрегатов производительностью 25, 35, 50, 70, 125 

и 150 т/ч, серии СМЦ-33 – для агрегатов производительностью 125 т/ч. Все они аналогичны по принципу действия, имеют унифицированные узлы и детали и отличаются в основном размерами и конструкцией отдельных элементов.

Принцип работы колосникового холодильника следующий. Раскаленный клинкер с температурой 1200 – 1250°C ссыпается из вращающейся печи в приемную шахту холодильника, где образуется насыпной отвал, по которому слой клинкера сползает на колосники острого дутья. Здесь клинкер подвергается резкому охлаждению воздухом, продуваемом вентилятором через колосники под давлением 10 – 12кПа. Далее клинкер равномерно распределяется на колосниковой решетке слоем 150 – 200мм. Решетка заключена в металлический герметизированный кожух, верхняя часть которого футерована шамотным огнеупором. Колосниковая решетка состоит из рядов подвижных и неподвижных колосников. Подвижные закреплены на подвижных подколосниковых балках, которые совершают возвратно-поступательное движение. Число движений составляет 6 – 18 в минуту, величина хода составляет 150мм. Колосники имеют крутую переднюю рабочую поверхность и отлогую заднюю. За счет этого в результате их возвратно-поступательного движения клинкер перемещается и перемешивается на решетке, двигаясь к разгрузочному концу. В процессе движения мелкие куски клинкера проваливаются в подрешеточное пространство и скребковым конвейером направляются в разгрузочную часть охладителя.

Подрешеточное пространство разделено на две камеры – горячую и холодную. Воздух вентилятором общего дутья под давлением 1,6 – 2,5кПа подается в обе камеры и продувается через щели колосников и слой материала. Воздух, поступающий из горячей камеры, имеет температуру 550 – 600°С и направляется в печь в качестве вторичного воздуха на горение топлива. Из холодной камеры воздух с температурой около 120°С через очистные устройства выбрасывается в атмосферу или частично утилизируется. Чтобы уменьшить количество избыточного воздуха и повысить температуру вторичного воздуха, применяют двухкратное его просасывание через слой клинкера. Температура подогрева воздуха при этом в горячей камере достигает 800°С.

В разгрузочном конце холодильника установлены неподвижный грохот и молотковая дробилка для измельчения крупных кусков клинкера. Падающий клинкер затем пластинчатым конвейером направляется на склад. Материал охлаждается в колосниковом холодильнике до 40 – 50°С.

При постоянном количестве охлаждающего воздуха, подаваемого вентиляторами, степень охлаждения клинкера зависит от скорости его перемешивания и толщины слоя на решетке. Регулируя эти два параметра и сочетая их с работой печи, можно достигнуть оптимальных условий охлаждения клинкера. Тепловой КПД колосниковых холодильников достигает 75 – 85%.

Достоинства:

  1. Высокий тепловой КПД за счет интенсивного теплообмена между воздухом и клинкером и высокой степени охлаждения.

  2. Большая производительность за счет высокой скорости охлаждения.

Недостатки:

  1. 

  2. Образование избыточного нагретого воздуха, значительную часть которого (60 – 70%) необходимо либо утилизировать, либо выбрасывать в атмосферу, снижая этим КПД агрегата и усложняя систему пылеочистки.

  3. Недостаточная герметичность холодной и горячей камер.

  4. Ненадежность работы привода горячей секции колосниковой решетки.

Несмотря на указанные недостатки, колосниковые холодильники являются самыми современными и эффективными.
^ Печи скоростного обжига

Печи скоростного обжига отличаются высокой удельной производительностью, уровнем тепловой форсировки (кВт/м2), лучшим качеством продукции, лучшими условиями теплообмена. Они обеспечивают экономию капиталовложений, эксплуатационных расходов, повышают производительность труда за счет интенсификации обжигового процесса, когда его продолжительность исчисляется не часами, как в шахтных и вращающихся печах, а минутами и секундами. Такие печи используются пока для обжига извести и разделяются на следующие типы:

  1. В кипящем и фонтанирующем слое;

  2. Во взвешенном состоянии в закрученных и незакрученных потоках. К ним относятся также циклонно-вихревые печи.

Указанные конструкции печей скоростного обжига находятся в стадии промышленного освоения. Общим недостатком этих печей является большой пылеунос (до 25% в печах кипящего слоя, в остальных – 100%), что определяет необходимость установки мощной аспирационной системы и дополнительных затрат электроэнергии.
^ Основные направления повышения эффективности печных агрегатов

Эффективность печных агрегатов характеризуется:

  1. Удельными капитальными затратами;

  2. Затратами на превращение исходных сырьевых материалов в целевые продукты;

  3. Трудозатратами.

Снижение затрат на передел исходных материалов является задачей технологов и может быть достигнуто:

  1. Экономией энергоресурсов при осуществлении термотехнологических процессов;

  2. Совершенствованием термотехнологических процессов для повышения качества продукта, повышением теплоты физических и химических превращений в исходном сырье;

  3. Увеличением срока эксплуатации печей за счет качественного выполнения футеровочных и монтажных работ;

  4. Укрупнением печей.

Экономия энергоресурсов может быть достигнута за счет создания оптимальных условий теплообмена, снижения потерь теплоты, полного использования вторичных печных энергоресурсов (ВЭР). ВЭР (терлота отходящих газов, воздуха) должна использоваться для нагрева воды, воздуха, сушки исходных 

сырьевых материалов, получения пара и т.д. Для этих целей применяются рекуператоры, регенераторы, котлы-утилизаторы и др. теплообменные устройства.
^ Теплотехнические испытания печей и аппаратов

Проводятся с целью установления фактических показателей работы печей и выработки мероприятий по их улучшению.

Испытания проводят через определенный промежуток времени в течение 72 часов. Записывают показатели для составления теплового баланса и выявления и исправления недостатков.

Проводится не менее двух теплотехнических испытаний каждой печи или аппарата.

В содержание теплотехнических испытаний тепловых агрегатов входит измерение следующих показателей:

  1. По топливу;

  2. Исходному сырью;

  3. Готовому продукту;

  4. Пылеуносу;

  5. Воздуху;

  6. Дымовым газам;

  7. Работе агрегата в целом;

  8. Дополнительные измерения.

Показатели по топливу: расход, температура, удельная теплота сгорания, влажность, зольность, состав органической части, содержание летучих примесей (для угля), тонина помола (для угля).

^ Показатели по исходному сырью: расход, влажность, химический состав, содержание СаСО3 или СО2, температура, тонина помола или зерновой состав, средняя плотность (для шлама), объемная масса (для сыпучих материалов).

^ Показатели по готовому продукту: выход, температура на выходе из печи, температура на выходе из холодильника, средняя плотность, химический состав, структура.

^ Показатели по пылеуносу: общий пылеунос, возврат уловленной пыли, выброс пылеуноса в атмосферу, влажность возвращаемого в агрегат пылеуноса, температура возвращаемого пылеуноса, зерновой состав общего и возвращаемого пылеуноса, выход пылеуноса после холодильника до пылеулавливания, выброс пылеуноса из холодильника после пылеулавливания, зерновой состав общего пылеуноса из холодильника и уловленного пылеуноса.

Показатели для воздуха:

  1. Расход и давление первичного воздуха, нагнетаемого в печь;

  2. Расход избыточного воздуха, нагнетаемого в холодильник;

  3. Расход избыточного воздуха, выбрасываемого из холодильника в атмосферу и разрежение за пылеуловителем;

  4. Температура окружающего воздуха;

  5. Температура избыточного воздуха на выходе из холодильника;

  6. Температура воздуха под и над решеткой холодильника в его горячей и холодной камерах.

  7. 

  8. Температура воздуха и его разрежение в канале, соединяющем холодильник с печью;

  9. Разрежение над решеткой холодильника в нескольких точках по длине решетки.

Показатели по дымовым газам:

  1. Состав перед пылеулавливанием;

  2. Состав после пылеулавливания;

  3. Температура газов, выходящих из печи;

  4. Температура газов перед дымососом;

  5. Расход газов перед дымососом (производительность дымососа);

  6. Разрежение в головке печи;

  7. Температура в топочном пространстве печи;

  8. Разрежение за печью;

  9. Разрежение в дымовом канале перед дымососом.

Для печи в целом определяется: продолжительность работы на полном, среднем и тихом ходу, простой печи, общая продолжительность испытания.

В дополнительные измерения входят показатели, обусловленные наличием запечных теплоутилизаторов, применением пылеугольного топлива, получаемого в шаровой мельнице, расход электроэнергии по всем электродвигателям.

Периодичность измерений может быть через 0,5, 1, 2 ч для разных показателей.

Испытания позволяют установить существующие характеристики оборудования. По составленному тепловому балансу выясняются соотношение статей расхода тепла, недостатки работы оборудования. Проводятся мероприятия по ликвидации недостатков. После их устранения проводят повторные испытания. Полученные показатели принимаются как нормативные.
^ Эксплуатация и контроль работы ВП

Как уже упоминалось ранее, наиболее эффективными установками для обжига глиноземистого клинкера по мокрому способу являются вращающиеся печи, представляющие собой стальной барабан, футерованный внутри огнеупорным кирпичом. Эту печь принимаем в качестве основного аппарата для обжига клинкера. Печь оборудуется внутри печными керамическими и металлическими теплообменниками, в качестве топлива используем газ.

Далее рассмотрим некоторые аспекты управления обжигом клинкера в печи.

Особенностью работы вращающейся печи является то, что в одном агрегате одновременно протекают взаимообусловленные химические и физические превращения вещества, термохимические, тепломассообменные, газодинамические процессы, осуществляется факельное сжигание топлива, происходит перенос возогнанных и конденсированных фаз из материального потока в газовый и обратно. Каждый из приведенных отдельных процессов сам по себе достаточно сложен. При управлении же всей системой в целом возникают дополнительные трудности, обусловленные взаимным влиянием указанных процессов, накладывающихся друг на друга. Так, разложение СаСО3 с выделением СО, частично происходит в пламенном пространстве и действует на горение топлива как углекислотный огнетушитель, изменяя форму факела, что в свою очередь влияет на процесс декарбонизации СаСОз. Или другой пример при возникновении 

клинкерной пыли снижаются КПД холодильника и теплосодержание вторичного воздуха, что обуславливает удаление факела от горячего обреза печи и приводит к еще более интенсивному клинкерному пылению. Приведенные примеры свидетельствуют о принципиальной особенности вращающейся печи, которая заключается в том, что при ее эксплуатации невозможно обособленно воздействовать на какой-либо один процесс или параметр, не затрагивая всю систему в целом.

Процесс обжига клинкера во вращающихся печах за 100-летний период их эксплуатации изучен многими исследователями. При этом работы в основном разделяются на два относительно обособленных и самостоятельных направления: исследование физико-химических процессов клинкерообразования со значительным химическим уклоном и изучение теплотехнических закономерностей во вращающихся печах. Учитывая, что печь является одновременно химическим и тепловым агрегатом, при эксплуатации необходимо учитывать эту особенность /4/.

  1. 1   2   3   4



    Скачать файл (188.3 kb.)

    Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru