Шахтная печь с кольцевой зоной обжига с вращающимся подом

Полезная модель относится к области устройств кальцинирования минералов, в том числе устройств диссоциации известняков.

При построении печи обжига известняка всегда приходится решать похожий набор взаимоувязанных вопросов: обеспечить полный обжиг известняка без пережога и недожога; обеспечить максимальную концентрацию диоксида углерода в отходящих газах, максимально возможно снизить капитальные затраты и эксплуатационные расходы.

Широкоупотребительные шахтные печи и вращательные печи обжига известняка не позволяют комплексно решить эти вопросы без резкого усложнения их конструкции и увеличения эксплуатационных расходов. Для шахтных печей - это применение горелок с высовом, балочных горелок с принудительным охлаждением, центральных горелок с принудительным охлаждением, газораспределительных кернов, газораспределительных внутренних цилиндров, удвоенного количества шахт и т.д. Для вращательных печей - это применение шахтных и камерных подогревателей, шахтных и барабанных холодильников и т.д. Известны и достаточно неординарные конструкции, такие как вращающиеся вертикальные печи кеглеобразной формы, щелевые наклонные печи, многоподовые печи с вращающимися граблями, кольцевые печи с вращающимся подом и т.д. Само изобилие технических решений говорит о сложности задачи.

Предлагаемое техническое решение, в котором зона обжига шахтной печи развернута в герметичную кольцевую зону обжига с вращающимся подом, позволяет объединить достоинства шахтных печей и кольцевых печей с вращающимся подом, добившись при этом эффектов, которые невозможно получить в каждой из этих печей в отдельности: экономичный режим подогрева известняка и охлаждения извести в шахтных подогревателе и холодильнике соответственно, свойственный шахтным противоточным теплообменникам; мягкий обжиг известняка преимущественно инфракрасным излучением, исключающий пережог извести; получение сколь угодно высокой концентрации диоксида углерода в газах, забираемых из кольцевой зоны обжига с вращающимся подом; снижение аэродинамического сопротивления газам, просасываемым через шахтные подогреватель и холодильник, полученное укорочением пути газов за счет использования байпасного трубопровода в обход кольцевой зоны обжига с вращающимся подом, и соответствующее снижение капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Полезная модель относится к области устройств кальцинирования минералов, в том числе устройств диссоциации известняков.

Известно большое семейство шахтных печей обжига известняка (А.В.Монастырев. Производство извести. М., «Высшая школа», 1971 г.), содержащих шахту печи, 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 готовый известняк, 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 (СO₂, N₃, и Н₂О), которые, обмениваясь теплом с шихтой в зоне обжига приводят к диссоциации известняка по реакции СаСО₃=СаО+СO₂. Пополнившись горячими газами CO₂ от диссоциации известняка, отходящие печные газы нагревают поступающую на обжиг породу в зоне нагрева, а затем отбираются дымососом и через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу или используются в технологических процессах.

Шахтные печи имеют хорошо известный набор недостатков:

- разброс камней известняка по размерам приводит к недожогу крупных камней и пережогу мелких. Устранение этого недостатка дроблением камней с их сортировкой и послойной загрузкой резко усложняет и удорожает технологический процесс;

- трудности с равномерным распределением камней различного размера по поперечному сечению печи приводят к концентрации крупных камней у внутренней поверхности стен печи, в результате чего часть газа из периферийных горелок, установленных на стенках печи, устремляется вверх вдоль стен печи и не участвует в горении, что увеличивает расход газа, ухудшает качество обжига в приосевой области печи, ухудшает экологическую обстановку. Устранение этого недостатка применением сложных загрузочных устройств с поворотными лотками и различными рассекателями, резко усложняет и удорожает технологический процесс;

- ограниченная глубина проникновения продуктов сгорания периферийных горелок вглубь породы (не более 1 м) приводит к плохому обжигу породы в приосевой области печи и резкому падению эффективной производительности печи из-за большого количества недожога. Устранение этого недостатка применением горелок с высовом, балочных горелок, центральных горелок, пиковых горелок (в двухшахтных поточно-противоточных регенеративных печах), внутренних цилиндров в кольцевых шахтных печах, газораспределительных кернов, и т.д. резко усложняет и удорожает технологический процесс;

- высокая жаропроизводительность природного газа (около 2010°С) требует сильного разбавления продуктов сгорания во избежание спекания породы и образование приваров и, так называемых, «козлов», что приводит к увеличенному расходу воздуха и увеличению капитальных затрат и эксплуатационных расходов;

- склонность к спеканию доломитизованных и глинистых известняков при обжиге их в шахтной печи, образование приваров и, так называемых, «козлов» существенно ограничивает возможность использования шахтных печей для этих целей. Подготовка глинистых известняков к обжигу в шахтной печи путем соответствующей подготовки шихты (промывки и сушки) резко усложняет и удорожает технологический процесс.

Кроме того, все шахтные печи с газовым отоплением всех типов обладают общим недостатком - низкой концентраций диоксида углерода в отходящих газах из-за их разбавления продуктами сгорания газа. Даже в пересыпных печах эта концентрация не очень велика из-за большого содержания азота в окислителе (воздухе). Кислородное же дутье дорого, и опасно повышает температуру сгорания в зоне обжига. Этот недостаток затрудняет применение шахтных печей в ряде отраслей промышленности, где требуется повышенная концентрация диоксида углерода в отходящих газах. Прежде всего - в химической промышленности, например, при производстве каустической соды.

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.

Вращательные печи позволяют обжигать известняк в широком диапазоне размеров камня, и в них не образуется «козлов» (хотя привары и намазы образуются все равно), но обладают широким спектром собственных недостатков, именно:

- высокая жаропроизводительность природного газа (около 2010°С) требует сильного разбавления продуктов сгорания во избежание спекания породы и образование приваров и намазов, что приводит к увеличенному расходу воздуха и увеличению капитальных затрат и эксплуатационных расходов;

- низкая концентрация диоксида углерода в отходящих газах из-за их разбавления продуктами сгорания газа;

- у вращательных печей больше расход газа и воздуха, чем у шахтных печей, и велик пылеунос, что требует установки мощных пылеулавливающих установок;

- в процессе перемешивания породы происходит ее расслоение по размерам, так. что мелкая фракция собирается внутри вращающейся породы (так называемы «эффект почки») и экранируется от горячих газов и стен печи более крупной породой, что приводит к значительному недожогу.

Известен способ и устройство тепловой декомпозиции известняка и других подобных материалов (патент США 3743475). Устройство содержит вертикальную шахту подачи материала и расположенную под ней кольцевую печь с вращающимся подом. Кольцевая печь обращающимся подом герметична, и принимает опускающийся поток материала из центральной шахты, и обеспечивает дальнейшую обработку материала до получения желаемого результата. Порода самотеком опускается по питающей шахте вниз по центру вращающегося пода кольцевой печи и рассыпается в стороны к периметру пода. На крыше кольцевой печи с вращающимся подом по радиусу пода установлены грабли, предназначенные для разравнивания и ворошения обжигаемой породы для того, чтобы обеспечить тепловое воздействие продуктов сгорания горелки, установленных на крыше или на боковой стенке кольцевой печи с вращающимся подом, на комья породы со всех сторон. Горелки питаются топливом от системы питания горелок. Герметичность кольцевой печи с вращающимся подом обеспечивается песчаным затвором. Обожженный материал по течке опускается в шахтный холодильник, установленный у наружного периметра вращающегося пода, и далее поступает на выгрузку. Подогретый в шахтном холодильнике воздух с помощь дымососа и системы трубопроводов после очистки от пыли в циклоне подается в систему подачи топлива для его сжигания. Отходящие печные газы (продукты сгорания) удаляются из питающей шахты с помощью дымососа через кольцевой коллектор в верхней его части и, после пылеочистки, выбрасываются в атмосферу.

Недостатком этого устройства является большое аэродинамическое сопротивление течению печных газов, так как воздух, пройдя шахтный холодильник, поступает через систему подачи горючей смеси в горелки и, далее, уже в виде продуктов сгорания в кольцевую печь с вращающимся подом и пронизывает породу в вертикальной шахте подачи материала. Другими словами, аэродинамические сопротивление движению газов в данном устройстве не меньше, чем в обычной шахтной печи, и даже больше, так как в месте рассыпания породы по вращающемуся поду имеет место уширение на величину естественного откоса породы. Другим недостатком является низкое содержание диоксида углерода- в отходящих печных газах, так как они сильно разбавлены азотом воздуха. Кроме того, в месте падения породы из вертикальной шахты подачи материала на вращающийся под, образуется неподвижный конус породы с углом естественного откоса материала, который поддерживает над собой неподвижный же столб породы по всей высоте шахты. Этот конус и эта порода уменьшают эффективное поперечное сечение вертикальной шахты подачи материала, так что для сохранения предусмотренной производительности надо увеличивать поперечное сечение шахты, что увеличивает ее габариты и материалоемкость и, в конечном итоге, капитальные затраты на строительство печи.

Известна печь непрямого нагрева (патент США 6749425, Progress in Development of a New Indirect Fired Lime Kiln, Yoshizawa Lime Industry Co., Ltd., Ken Tsurunaga www.internationallime.org/doc/TSURUNAGA%20Ken.doc). в которой обжиг известняка осуществляется в реакционной трубе без непосредственного контакта газов и обжигаемой породы высокотемпературными продуктами сгорания газа в регенеративных горелках. Устройство содержит неподвижную реакционную керамическую трубу, в которую подается обжигаемый материала через загрузочную камеру. С помощью винтового конвейера порода продвигается вдоль реакционной трубы к выгрузочной камере, из которой обожженный материал удаляется через течку. В цилиндрическую полость между наружным кожухом печи и неподвижной керамической трубой подаются горячие продукты сгорания газов в регенеративных горелках, которые передают тепло обжигаемой породе через стенку керамической трубы без непосредственного контакта. Горячие продукты сгорания удаляются из полости между наружным кожухом печи и неподвижной керамической трубой через специальный патрубок, и направляются, после разбавления атмосферным воздухом, в теплообменник, отдавая в нем свое тепло воздуху, идущему на горение.

Недостатком этого устройства является наличие винтового конвейера, сложного конструктивно, состоящего частично из керамики и частично из металла. Винтовой конвейер неизбежно приводит к истиранию извести, имеющей низкую прочность, что не во всех случаях приемлемо, например - в электродуговых сталеплавильных печах используется известь определенного фракционного состава. Достаточно сложным и недолговечным устройством являются сальники, через которые проходит ось вращения винтового конвейера. По необходимости эта печь имеет низкую производительность (около 3 тонн/сутки по извести), так как высокотемпературную прочность керамического движущего винта можно обеспечить только для относительно небольших диаметров. Невозможность полностью утилизовать тепло продуктов сгорания приводит к разбавлению их атмосферным воздухом и к уменьшению теплового КПД печи. К понижению КПД печи приводит и отсутствие утилизации тепла обожженной извести.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является шахтная печь для обжига сыпучего материала (патент РФ 2211418). Шахтная печь состоит из цилиндрической футерованной шахты с загрузочным распределительным устройством в верхней его части и разгрузочным устройством - в нижней. В поперечном сечении корпуса печи установлены короб отсоса печных газов и короб, работающий в режиме подачи воздуха. Газовый насос своим всасывающим патрубком соединен с коробом отсоса печных газов, а нагнетательным патрубком - с коллектором печных газов. Вентилятор своим нагнетательным патрубком соединен с коробом подачи воздуха, а всасывающим патрубком - с калорифером. Вихревая труба соединена с нагнетательным патрубком газового насоса; ее "холодный" конец соединен с коллектором печных газов, а "горячий" конец - с трубопроводом от нагнетательного патрубка вентилятора до короба подачи воздуха, в котором происходит смешивание воздуха, нагнетаемого вентилятором, с горячим периферийным потоком вихревой трубы. В вихревой трубе происходит расслоение печного таза на относительно более богатую диоксидом углерода и более горячую часть, и относительно менее богатую диоксидом углерода и более холодную часть, и относительно более богатая горячая часть возвращается в печь, увеличивая концентрацию диоксида углерода с отходящих газов и рекуперируя часть тепла этих газов.

Недостатками этого устройства являются: неоднородный обжиг комьев породы разного размера; загрязнение обожженной извести продуктами химического или термического недожога твердого топлива; загрязнение отходящих печных газов золой от сгорания твердого топлива; недожог известняка в приосевой области печи, свойственный всем шахтным печам из-за невозможности подать в эту область в достаточном количестве воздух на горение твердого топлива; неравномерное распределение воздуха и топлива по поперечному сечению печи, приводящее к локальным перегревам породы, образованию спеков, приваров и «козлов»; принципиальное ограничение концентрации диоксида углерода в отходящих печных газов из-за использования в качестве окислителя твердого топлива кислорода воздуха, забалластированного большим количеством азота; повышенная установленная мощность тягодутьевого оборудования и, обусловленные этим, повышенные эксплуатационные затраты из-за рециркуляции части отходящих печных газов, увеличивающей объем газов, просасываемых через породу в печи. На сахарных заводах для уменьшения пережога крупных комьев породы проводят предельно мягких обжиг с большим количеством недожога. Непогасившиеся зерна извести, образующиеся в результате такого недожога, возвращают обратно в печь на повторный обжиг. Это улучшает коэффициент использования породы, но снижает эффективную производительность печи и увеличивает эксплуатационные расходы.

Основной задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание экономичной печи обжига известняка, позволяющей осуществлять полный мягкий обжиг породы в широком диапазоне ее размеров, и получать незагрязненные отходящие газы с произвольно высоким содержанием диоксида углерода.

Поставленная цель достигается тем, что шахтная печь обжига известняка физически разделяется на три зоны, причем зона нагрева породы и зона охлаждения извести являются шахтными и соединены байпасным трубопроводом, по которому нагретый воздух охлаждения извести подается в зону нагрева для нагрева породы, а зона обжига является кольцевой зоной с вращающимся подом, по которому слоем в один камень рассыпана обжигаемая порода, герметизированная от окружающей атмосферы, при этом тепло в кольцевую зону обжига с вращающимся подом подается излучением от инфракрасных регенеративных газовых горелок. Продукты сгорания газа подаются из горелок в шахтный подогреватель, а практически чистый диоксид углерода забирается из объема кольцевой зоны обжига с вращающимся подом специальным дымососом.

На фиг.1 представлена шахтная печь с кольцевой зоной обжига с вращающимся подом.

Устройство содержит шахтный подогреватель 1, на верхнем срезе которого установлено загрузочное устройство 2, а к нижнему срезу которого присоединена разгрузочная течка 3, под загрузочным устройством 2 установлен коллектор сбора отходящих газов 4, причем впускные патрубки коллектора сбора отходящих газов 4 соединены с внутренним объемом шахтного подогревателя 1, а выпускной патрубок присоединен к всасывающему входу дымососа 5, шахтный холодильник 6, на верхнем срезе которого установлена загрузочная течка 7, а к нижнему срезу которого присоединено разгрузочное устройство 8, над разгрузочным устройством 8 установлен коллектор ввода охлаждающего воздуха 9, причем впускной патрубок коллектора ввода охлаждающего воздуха 9 присоединен к нагнетательному выходу напорного вентилятора 10, а выпускные патрубки соединены с внутренним объемом шахтного холодильника 6, байпасный трубопровод 11, установленный между шахтным подогревателем 1 и шахтным холодильником 6, кольцевую зону обжига с вращающимся подом 12, установленную между разгрузочной течкой 3 шахтного подогревателя 1 и загрузочной течкой 7 шахтного холодильника 6, состоящую из вращающегося пода 13, закрепленного на осях колесных пар 14, движущихся по рельсовому кольцу 15, и приводимых в движение приводом (не показано), кольцевая зона обжига заключена в герметичный кожух 16, причем герметизация внутреннего объема кольцевой зоны обжига с вращающимся подом обеспечивается песчаным затвором (не показано), внутри кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12 в районе входного отверстия загрузочной течки 7 шахтного холодильника 6 установлен плужковый сбрасыватель 17, в крыше кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12 установлены регенеративные инфракрасные газовые горелки 18, в которые подается приготовленная газовоздушная смесь по трубопроводу 19, а продукты сгорания забираются по трубопроводу 20, присоединенному к всасывающему концу дымососа 21, нагнетательный конец которого присоединен к входному патрубку коллектора 22, установленного на шахтном подогревателе 1 над разгрузочной течкой 3, выходные патрубки которого соединены с внутренним объемом шахтного подогревателя 1, дымосос забора диоксида углерода 23, всасывающий патрубок которого соединен с внутренним объемом кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12.

Устройство работает следующим образом. Порода загружается в загрузочное устройство 2 шахтного подогревателя 1, откуда поступает в шахтный подогреватель 1, заполняя его и его разгрузочную течку 3. Из разгрузочной течки 3 порода поступает на вращающийся под 13 кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12. Скорость вращения пода 13 кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12 согласован с темпом подачи породы в загрузочное устройство 2 таким образом, что порода распределяется по вращающемуся поду 12 в один слой. За один оборот вращающегося пода 13 рассыпанная на нем в один слой порода полностью диссоциирует на известь и диоксид углерода. Известь сбрасывается плужковым сбрасывателем 17 в загрузочную течку 7 шахтного холодильника 6, диоксид углерода забирается из кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12 дымососом 23. Комовая известь опускается по шахтному холодильнику 6 до разгрузочного устройства 8, обеспечивающего выгрузку и извести в темпе, согласованном с темпом загрузки породы загрузочного устройства 2 шахтного подогревателя 1 и со скоростью вращения вращающегося пода 13 кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12. Атмосферный воздух подается напорным вентилятором 10 через коллектор подачи охлаждающего воздуха 9 внутрь шахтного холодильника 6, по которому идет вверх в противотоке опускающейся обожженной комовой извести, забирая от нее тепло. Из шахтного холодильника 6 подогретый воздух через байпасный трубопровод 11, минуя заполненную комовой известью загрузочную течку 7 шахтного холодильника 6 и загруженную породой разгрузочную течку 3 шахтного подогревателя 1, поступает в шахтный подогреватель 1, по которому идет вверх в противотоке опускающейся породе, отдавая ей накопленное в шахтном холодильнике 6 тепло. Для лучшей герметизации внутреннего объема кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12 от внутренних объемов шахтного подогревателя 1 и шахтного холодильника 6 разгрузочная течка 3 шахтного подогревателя 1 может быть оснащена барабанным затвором (трефелем), а загрузочная течка 7 шахтного холодильника 6 - шлюзовым затвором. Подготовленная газовоздушная смесь по трубопроводу 19 поступает в регенеративные инфракрасные газовые горелки 18, где сгорает, отдавая тепло горения плафонам горелок. Продукты сгорания по трубопроводу 20 забираются дымососом 21 и через коллектор 22 подаются внутрь шахтного подогревателя 1, по которому идут вверх в противотоке опускающейся породе, отдавая ей свое тепло. Остывшая смесь воздуха и продуктов сгорания забирается дымососом 5 из шахтного подогревателя 1 через коллектор сбора отходящих газов 4. Нагретые до высоких температур плафоны регенеративных инфракрасных горелок 18 излучают в объем кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12 тепловую лучистую энергию, которая нагревает породу, стенки кольцевой камеры обжига с вращающимся подом 12 и ее вращающийся под 13. В процессе лучистого, конвективного и кондуктивного теплообменов между всеми конструкциями кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12 и породой, а также между комьями породы, тепло усваивается комьями породы, что приводит к ее обжигу (диссоциации на известь и диоксид углерода). Диоксид углерода забирается из объема кольцевой зоны обжига с вращающимся подом 12 дымососом 23.

Комья рассыпанной в один слой на вращающемся поде породы не экранируют друг друга от потоков лучистого тепла от плафонов горелок, стен, крыши и пода кольцевой зоны обжига с вращающимся подом. Поэтому можно осуществлять предельно мягкий обжиг на нижнем диапазоне температур обжига известняка, вблизи 950°С.При этом крупные куски породы полностью обжигаются, а мелкие куски породы не достигают стадии пережога, так как при таких температурах не происходит перекристаллизации кристаллитов извести, являющейся физическим содержанием процесса пережога, как бы долго известь не находилась при этих температурах.

В герметизированном объеме кольцевой зоны обжига с вращающимся подом продукт диссоциации известняка - диоксид углерода не разбавляется другими газами и его концентрации в отходящих газах близка к 100%. Для дальнейшего использование в сахарном и химическом производстве полученный таким образом диоксид углерода можно разбавлять воздухом в необходимой пропорции.

Уменьшение длины пути, проходимого газом в шахте за счет использования байпасного трубопровода с практически нулевым аэродинамическим сопротивлением уменьшает потребную установленную мощность тягодутьевого оборудования, т.е. уменьшает капитальные затраты и эксплуатационные расходы.

Доказательство уменьшения капитальных затрат и эксплуатационных расходов в предлагаемом устройстве по сравнению с устройством-прототипом сводится к рассмотрению формулы Эргуна (Мартыненко О.Г., Михалевич А.А., Шикоз В.К. Справочник по теплообменникам. - В 2-х томах. - М.: Энергоатомиздат, 1987), которая описывает падение давления при течении газа сквозь пористый слой

,

где: р - падение давления, L - длина пористого слоя, - вязкость среды, - пористость среды, - плотность среды, d - характерный размер частиц

Из этой формулы следует, что падение давления прямо пропорционально длине пути газа по пористому слою. Так как в предлагаемом устройстве большая часть газа проходит шахтный холодильник 6, байпасный трубопровод 11 и шахтный подогреватель 1, причем аэродинамическим сопротивлением байпасного трубопровода 11 можно пренебречь, то падение давления на предлагаемом устройстве будет настолько меньше падения давления на устройстве-прототипе, насколько суммарная высота рабочих объемов шахтного холодильника 6 и шахтного подогревателя 1 будет меньше высоты рабочего объема шахтной печи обжига известняка, т.е. на высоту зоны нагрева шахтной печи, которая составляет 20-30% полной высоты ее рабочего объема. Это означает, что, при одном и том же расходе газа, в предлагаемом устройстве можно использовать тягодутьевое оборудование на 20-30% меньшей установленной мощности, чем в устройстве прототипе, и, соответственно, на столько же уменьшаться эксплуатационные расходы на просасывание газов сквозь породу.

Далее, пусть известняк полностью диссоциирует на известь и диоксид углерода по реакции:

СаСО₃=СаО+СO₂

Вес одного киломоля СаО равен 56 кг, а вес одного киломоля СО₂ равен 44 кг.

Значит, при получении 1000 кг извести получится 1000*(44/56)=786 кг диоксида углерода.

Пусть для получения 1000 кг извести нужно сжечь N кг природного газа по реакции:

СН₄+2O₂ =СO₂+2Н₂O

Так как вес одного киломоля природного газа равен 16 кг, то для получения одной тонны извести нужно сжечь N/16=0,0625N киломолей газа, затратив на это 2*0,0625N=0,125N киломолей кислорода, или 0,125N*32=4N килограмм кислорода. Так как в воздухе на 1 часть кислорода содержится приблизительно 4 части азота, то при подаче воздуха на горение вместе с 4N килограмм кислорода будет подаваться еще 16N килограмм азота.

Таким образом, в отходящих газах будет содержаться:

16N кг азота, балластирующего кислород воздуха.

Таким образом, максимальная концентрация диоксида углерода в отходящих газах К будет равна:

К=(2,75N+786)/(2,75N+786+2,25N+16N)=(2,75+786/N)/(21+786/N).

В шахтных противоточных печах обжига известняка для получения 1 тонны извести расходуется (в зависимости от конструкции печи) приблизительно N=90-100 кг природного газа. То есть К (2,75+7,86)/(21+7,86)=10,61/28,86=0,37.

Аналогичные расчеты можно произвести для пересыпной печи, отапливающейся углем. Так как при сжигании угля не образуется паров воды, то максимальная концентрация диоксида углерода будет несколько выше, чем у газовой печи, но и в этом случае есть физический предел около К0,4, больше которого достичь невозможно из-за балластировки кислорода воздуха азотом.

В предлагаемом устройстве К1,0, так как продукт диссоциации известняка не разбавляется продуктами сгорания топлива.

Шахтная печь для кальцинирования минералов, содержащая шахтный подогреватель, на верхнем срезе которого установлено загрузочное устройство, под загрузочным устройством установлен коллектор сбора отходящих газов из шахтного подогревателя, соединенный заборными патрубками с внутренним объемом шахтного подогревателя, дымосос отходящих газов, присоединенный всасывающим патрубком к выпускному патрубку коллектора сбора отходящих газов, нижний срез шахтного подогревателя совмещен с верхним срезом разгрузочной течки, и шахтный холодильник, на верхнем срезе которого установлена загрузочная течка, к нижнему срезу которого присоединено разгрузочное устройство, над разгрузочным устройством установлен коллектор ввода охлаждающего воздуха, выходные патрубки которого соединены с внутренним объемом шахтного холодильника, напорный вентилятор, присоединенный к входному патрубку коллектора ввода охлаждающего воздуха, и зону обжига между нижним срезом разгрузочной течки шахтного подогревателя и верхним срезом загрузочной течки шахтного холодильника, отличающаяся тем, что она снабжена регенеративными инфракрасными газовыми горелками с излучающими плафонами, установленными в кожухе зоны обжига, трубопроводом подачи газовоздушной смеси в регенеративные инфракрасные газовые горелки, трубопроводом забора продуктов сгорания из регенеративных инфракрасных газовых горелок, коллектором ввода продуктов сгорания в шахтный подогреватель, установленный над верхним срезом разгрузочной течки, дымососом продуктов сгорания, установленным между трубопроводом забора продуктов сгорания из инфракрасных горелок и коллектором ввода продуктов сгорания в шахтный подогреватель, байпасным трубопроводом, установленным между шахтным холодильником и шахтным подогревателем в обход зоны обжига, а также дымососом забора отходящих газов из зоны обжига, заборный патрубок которого соединен с внутренним объемом зоны обжига, причем зона обжига выполнена в виде герметичной кольцевой зоны обжига с вращающимся подом и содержит вращающийся кольцевой под, кожух, рельсы, колесные пары и плужковый сбрасыватель, установленный внутри кожуха.