Конструкция, методика расчёта обжиговых печей чёрной металлургии (стр. 2 из 4)

Над шахтой расположены бункера сырьевой смеси и топливной крупки, весовые или винтовые дозаторы, смесительный шнек и тарельчатый гранулятор. Кроме сырьевой смеси и топливной крупки на тарелку гранулятора подается распыленная вода, вокруг брызг, которой образуются сырьевые гранулы, скатывающиеся во вращающуюся течку загрузочного устройства, распределяющего гранулы равномерно по сечению шахты. Внизу шахта закрыта вращающейся решеткой, жестко посаженной на вертикальный вал, и многошлюзовым затвором, предупреждающим потери воздуха высокого давления. Воздух для горения подается в печь от воздуходувки, обеспечивающей давление до 2500 мм вод. ст., по разветвленному воздухопроводу частично под решетку и частично для улучшения сгорания топлива в зоны подогрева и кальцинирования. В эти же зоны для дожигания обычно образующейся в печи окиси углерода иногда по центральной трубе подают кислород. Во избежание утечки сжатого воздуха через разгрузочное отверстие клинкер выгружают из печи через двух -, трех-шлюзовой затвор, клапаны которого открывают и закрывают попеременно специальным гидропривводом.

Таким образом, автоматическая шахтная печь представляет собой печь непрерывного действия с механизированной подготовкой и загрузкой сырьевых гранул, а также разгрузкой клинкера.

Печи последних конструкций оборудуют контрольно-измерительными приборами и приборами автоматического регулирования процесса.

Производительность шахтной печи прямо пропорциональна квадрату диаметра шахты, высоте шахты, давлению дутья и количеству воздуха, подаваемого в печь, и обратно пропорциональна размеру кусков обжигаемого материала. Съем клинкера с единицы объема шахтной печи составляет 100—135 кг/(м³-ч).

Качество клинкера шахтных печей несколько ниже качества клинкера, обожженного во вращающихся печах. Оно может быть повышено в результате тонкого помола (до 8% остатка на сите с сеткой № 009) сырья при точной дозировке и тщательном перемешивании сырьевой смеси и топлива, хорошем гранулировании смеси (прочные гранулы размером 10—20 мм), равномерном распределении гранул при подаче воздуха с наибольшим давлением.

Существенным недостатком шахтных печей является их низкая производительность. Однако технико-экономический анализ показывает целесообразность применения автоматизированных шахтных печей в ряде случаев, например при небольшой производительности (до 600 т/сутки) завода.

Шахтные печи усовершенствованной конструкции, изготовляемые фирмами Леше и Де Ролль (Швейцария), работают по способу «черной муки» и имеют высокие технико-экономические показатели. Расход тепла в них составляет 3,35 МДж (800 ккал) на 1 кг клинкера. Из клинкеров шахтных печей 20 цементных заводов ФРГ получают цемент 325—425 (по стандарту ФРГ). Сланцевский цементный завод в шахтных печах получает клинкер марки 400 (по ГОСТ 10178—62).

Рисунок 2 - Шахтная печь

В последние годы производительность шахтных печей за сутки достигла 300 т, а фирма Леше проектирует и более крупные шахтные печи (диаметром 3,6—4 м, высотой 11,2—12 м) производительностью 400—500 т за сутки. Ведутся исследования по применению жидкого и газообразного топлива для обжига клинкера в шахтных печах, что обеспечит дальнейшее развитие и распространение этих экономичных установок.

Для дальнейшего совершенствования процесса обжига клинкера научно-исследовательские организации в последние годы разрабатывают и исследуют новые конструкции и схемы печных установок и новые методы обжига. Эти изыскания направлены на интенсификацию и повышение тепловой эффективности процесса клинкерообразования путем повышения температуры реакции или обжигом сырьевой смеси во взвешенно-фонтанирующем или в кипящем слое. Однако промышленных установок таких еще нет.

Шахтные печи являются печами непрерывного действия. Они представляют собой высокую шахту, оборудованную механизмами для загрузки и выгрузки материала, вентиляторами для подачи холодного воздуха и отбора отходящих газов и устройствами для сжигания топлива. В работающей печи вся шахта заполнена кусковым материалом, который, двигаясь сверху вниз под действием силы тяжести, последовательно подогревается, обжигается и охлаждается. Готовый продукт выгружается в нижней части шахты через разгрузочное устройство, при этом весь столб материала опускается вниз и на освободившееся вверху место поступает сырой материал. В печи соблюдается принцип противотока: в зоне подогрева и обжига материал движется навстречу дымовым газам, образовавшимся при горении топлива, а в зоне охлаждения — навстречу воздуху. Воздух, охлаждая материал, сам нагревается и горячим достигает зоны обжига, где участвует в процессе горения топлива или смешивается с топочными газами, если топливо сгорает вне печи в специальных топках.

Шахта печи выполнена из кирпича и заключена в металлический кожух. Опорой под шахту печи служит железобетонная плита, лежащая на четырех железобетонных колоннах, которые опираются на фундаментную железобетонную плиту. Для равномерного распределения топлива поперечное сечение шахты может быть круглой или эллипсовидной, реже прямоугольной формы. Вертикальное сечение шахты (профиль) представляет собой прямоугольник, иногда суживающийся кверху или книзу. Стены печи многослойные: внутренний слой выполнен из огнеупорного кирпича толщиной 210—230 мм в зоне подогрева и охлаждения и 345— 460 мм в зоне обжига. За ним следует теплоизоляционный слой из шамотного легковеса толщиной 210—230 мм. Пространство между изоляционным слоем и кожухом шириной 50—60 мм засыпают молотым шамотом или трепелом для компенсации температурного расширения кирпичной кладки.

Загрузочное устройство (рисунок 3) обеспечивает регулярную 3агрузку материала и топлива в печь, равномерное распределение их го шихте и герметичность во избежание присосов наружного воздуха. В период загрузки происходит поочередное открытие клапанов, благодаря чему шахта не сообщается с атмосферным воздухом

1—отбойная пластина, 2-нижний клапан, 3—конус,

4—цилиндрический корпус, 5—приемная воронка, 6—

верхний клапан, 7—полая тяга, 8—редуктор, 9—

электродвигатель, 10—шток

Рисунок 3 - Двухклапанное загрузочное устройство Гипрострома

Разгрузочные механизмыслужат для непрерывной выгрузки обожженного материала при абсолютной герметичности нижней части шахты, особенно в клинкерообжигательных печах, работающих с высоким давлением дутья. Конструкция разгрузочного устройства зависит от вида выгружаемого материала, который может быть рыхлым, как, например, гипс, известь, или спекшимся — цементный клинкер. Разгрузочное устройство Гипрострома для выгрузки рыхлых материалов (рисунок 4) похоже на сварную каретку-платформу, на раме которой уложены колосники клинообразной формы. Столб материала опирается на ее поверхность и частично на центральный гребень, охлаждаемый воздухом. Каретка совершает поступательно-возвратное
движение. При этом часть кусков материала проваливается в прозоры колосников, а более крупные куски скатываются с их поверхности в бункер.

Шлюзовое уплотнительное устройство (рисунок 4) состоит из двух-трех камер, последовательно расположенных за течкой бункера. Каждая камера отделена от предыдущей автоматически открывающимся затвором. Заслонки затворов открываются поочередно. При поступлении материала в первую камеру открывается ее затвор, в то время как затворы последующих двух камер закрыты. При дальнейшем движении материала по камерам открыт один затвор, а два других затвора всегда закрыты. Этим достигается хорошее уплотнение нижней части шахты, препятствующее выходу в атмосферу вдуваемого воздуха.

А-А 2600

1—люк, 2—штанга, 3—шток; 4—гидропривод; 5—опорные катки; 6—рельсовые балки, 7—каретка, 8—бункер, 9—шлюзовой затвор; 10— колосники

Рисунок 4 – Выгрузочная решетка Гипрострома

2.2 Способы отопления и режимы обжига в шахтных печах

Все материалы, обжигаемые в шахтных печах, в зависимости от режима обжига можно разбить на две группы: материалы низко- и высокотемпературного обжига. К первым относят строительный гипс, низкожженый шамот, обжигаемые при температурах 773—1173 К (500—900 °С), ко вторым — известь, высокожженный шамот, цементный клинкер и другие материалы, обжигаемые при 1473—1773 К (1200—1500 °С) и выше. Для осуществления температурного режима, соответствующего обжигу того или иного материала, печи имеют разную систему отопления. Печи низкотемпературного обжига в зоне обжига оборудуют топками полного сжигания топлива, вынесенными за пределы шахты; для них используют любой вид топлива. Топочные газы при входе в шахту разбавляют воздухом, поступающим из холодильника, для образования газовоздушной смеси любой требуемой температуры. В печах высокотемпературного обжига топливо сгорает в самой шахте среди обжигаемого материала. Если топливо твердое, его подают в печь через загрузочное устройство в смеси с материалом или послойно в соотношении, определяемом условиями обжига.

В зоне подогрева температура топлива достигает температуры воспламенения и при поступлении в зону обжига, смешиваясь с горячим воздухом, движущимся вверх по шахте из зоны охлаждения, оно сгорает среди кусков материала. Такие печи называют пересыпными.