Цементная вращающаяся печь с высокотемпературным теплообменником для зоны декарбонизации
Изобретение относится к области интенсификации теплообмена во вращающейся печи, в частности, к конструкции и расположению комплекса теплообменных устройств в зоне декарбонизации с температурой газового потока 1250-1400°С. Изобретение направлено на интенсификацию теплообмена в зоне декарбонизации, увеличение производительности печи, увеличение срока службы пересыпных полок. Предлагаемая вращающаяся печь, содержащая наклонный футерованный с внутренней стороны цилиндрический корпус с теплообменником в виде пересыпных полок и расположенной в холодном конце цепной завесой. Внутри печи в области газового потока с температурой 1250-1400°С установлен теплообменник, выполненный в виде керамических пересыпных полок. Полки преимущественно равномерно распределенны по внутренней поверхности печи. Количество полок удовлетворяет условию обеспечения подъема и подачу в газовый поток не более 50% материала. Непосредственно за пересыпными полками расположен порог, высота которого перекрывает не более 50% живого сечения печи. Длина порога не превышает диаметр печи, Высота керамических пересыпных полок не должна превышать высоты порога. Вращающаяся печь с футеровкой может быть выполнена с дополнительным теплообменником, расположенным по ходу движения материала что за цепной завесой.
Изобретение относится к области интенсификации теплообмена во вращающейся печи, в частности, к конструкции и расположению комплекса теплообменных устройств в зоне декарбонизации с температурой газового потока 1250-1400°С. В практике эксплуатации вращающихся печей в области строительных материалов используются конструкции различных теплообменных устройств.
Наиболее распространенными теплообменниками, применяемыми при обжиге клинкера, являются рожковые теплообменники и цепные коврики. Они располагаются во вращающейся печи в газовом потоке с температурой до 1000-1100°С [Вальберг Г.С., Гринер И.К., Мефодовский В.Я. Интенсификация производства цемента (обжиг клинкера) - М.: Стройиздат, 1971. - 146 с.]. Известны конструкции теплообменников, состоящие из элементов, только обновляющих слой нагреваемого материала [Вальберг Г.С., Гринер И.К., Мефодовский В.Я. Интенсификация производства цемента (обжиг клинкера) - М.: Стройиздат, 1971. - 146 с.; Древицкий Е.Г., Добровольский А.Г., Коробок А.А. Повышение эффективности работы вращающейся печи. - М.: Стройиздат, 1990. - 224 с.].
Недостатком вышеперечисленных теплообменников является то, что они, располагаясь в зоне подогрева, где происходит только нагрев материала и дегидратация глин, не захватывают область печи, в которой протекает декарбонизация обжигаемого материала. Интенсификация теплообмена между газовым потоком и материалом является дополнительным резервом для повышения производительности печи.
Также известна конструкция керамических и металлических пересыпных теплообменников, изготовленных в виде полок различной
конфигурации. Недостатками таких устройств являются небольшой срок службы из-за сколов керамических и выгорания металлических полок [Копелиович В.М., Моисеенко И.П., Вальберг Г.С.. Теплообменики вращающихся печей //Обзорная информация, ВНИИЭСМ. - 1980. - 68 с.].
Наиболее близким к заявляемому решению является цементная вращающаяся печь с футеровкой, содержащая в холодном конце цепную завесу, непосредственно после которой располагается пересыпной теплообменник конструкции Арефьева В.А. и Гладкова В.Ф [Копелиович В.М., Моисеенко И.П., Вальберг Г.С.. Теплообменики вращающихся печей //Обзорная информация, ВНИИЭСМ. - 1980. - 68 с.], содержащий пересыпные полки, расположенные рядами по винту, в области газового потока с температурой до 1100-1200°С. Недостатком известной конструкции вращающейся печи является отсутствие, каких либо теплообменных устройств в зоне декарбонизации, характеризующейся температурой газового потока 1250-1400°С, по причине выгорания металлических или скола керамических пересыпных полок в таком температурном интервале работы.
Изобретение направлено на интенсификацию теплообмена в зоне декарбонизации, увеличение производительности печи, увеличение срока службы пересыпных полок.
Это достигается тем, что во вращающейся печи, содержащей наклонный футерованный цилиндрический корпус с теплообменником в виде пересыпных полок и с расположенной в холодном конце цепной завесой, согласно предлагаемому решению, теплообменник установлен в области газового потока с температурой 1250-1400°С. Пересыпные полки выполнены из керамики и преимущественно равномерно распределенны по внутренней поверхности печи, при этом количество пересыпных полок удовлетворяет условию обеспечения подъема и подачу в газовый поток не более 50% материала, кроме того, за пересыпными полками расположен
порог, высота которого перекрывает не более 50% живого сечения печи, и длиной не более диаметра печи, при этом высота пересыпных полок не превышает высоты порога.
За цепной завесой по ходу движения материала может быть встроен дополнительный теплообменник.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид печи и теплообменника, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
Цементная вращающаяся печь выполнена традиционным образом и состоит из установленного с возможностью вращения наклонного цилиндрического корпуса 1 с футеровкой 2 и включает последовательно расположенные от холодного конца зоны сушки, подогрева, декарбонизации, экзотермических реакций спекания и охлаждения. В холодном конце расположена цепная завеса 3, а в зоне с температурой 1250-1400°С - теплообменник, выполненный в виде керамических пересыпных полок 4, изготовленных, например из карбидкремниевого огнеупора, встроенных футеровку - кирпичную огнеупорную кладку из стандартного кирпича.
Известно, что теплообменники, расположенные по ходу материала, за цепной завесой увеличивают количество пыли, вносимое газовым потоком в цепную завесу. Цепная завеса стабильно работает при 25% пылевыносе из дополнительных теплообменников. Поэтому количество поднятого пересыпными полками материала выбирается из условия, чтобы пылевынос из теплообменника зоны декарбонизации не превышал 25%. Авторами установлено, что увеличение количества поднятого материала пересыпными полками более 50% приводит к превышению количества пылевыноса более 25%, что отрицательно скажется на работе цепной завесы. Количество поднятого пересыпными полками выбирается из условия, чтобы пылевынос из зоны декарбонизации не превышал 25%. Например, для печи типоразмера 
3,6×150 м, пересыпные полки 1 расположены в 8 рядов, равномерно распределенных по внутренней поверхности печи и встроенные в футеровку
печи. В ряду находится 28 штук пересыпных полок. Количество поднимаемого полками материала не должно превышать 50%. Установленное количество полок в примере достаточно для поднятия и введения ими 20% материала в газовый поток, что не превышает граничного значения. В примере конкретного выполнения выбран худший вариант, когда в материале 90% пылевидной фракции. В этом случае количество пыли уносимой газовым потоком в цепную завесу не превысит 25%. Для защиты полок от прямого излучения факела за пересыпными полками 4 по ходу движения материала расположен порог 5, выполненный, например, из огнеупорного кирпича. В результате пересыпные полки нагреваются до меньшей температуры, чем если бы порога не было, и меньше подвержены термическим напряжениям, что увеличит их срок службы. Высота порога 5 составляет 0,27 м над футеровкой, что соответствует перекрытию сечения в свету на 31%. Увеличение более 50% перекрытия сечения печи в свету, приведет к значительному возрастанию сопротивления печи. Высота пересыпных полок не превышает порог и составляет 0,06 м.
Печь может содержать дополнительный теплообменник непосредственно за цепной завесой, выполненный, например, в виде металлических лопастей, жестко закрепленных на корпусе печи, например сваркой, и расположенных, например рядами, с внутренней стороны печи.
Печь с теплообменником в зоне декарбонизации работает следующим образом. Шлам, поступает в печь и попадает в зону с цепной завесой 3, в которой нагревается продуктами горения факела. В результате протекает его сушка, грануляция, и нагрев до температур 450-550°С. Материал по печи продвигается за счет наклона корпуса печи и ее вращения. Затем материал попадает в зону подогрева, в которой нагревается до 600-700°С. Далее материал, нагретый до температуры 600-700°С, попадает в пересыпной теплообменник зоны декарбонизации, поднимается пересыпными полками 4 теплообменника в количестве 20% и ссыпается в
газовый поток. Так как в материале количество пылевидной фракции в максимуме составляет 90%, то количество материала, возвращаемое в цепную завесу, составляет 18%, что не скажется отрицательно на работе цепного теплообменника, так как пылевынос из теплообменника не превышает 25%. Попадая в газовый поток, с температурой 1250-1400°С, частицы материала омываются горячим газом со всех сторон, в результате чего интенсифицируется теплообмен, и быстро нагреваются до более высокой температуры чем, если бы теплообмен происходил по поверхности слоя, и декарбонизируются. Материал, продвигаясь к порогу 5 печи, замедляет свое продвижение, за счет того, что порог выступает над основной футеровкой на 0,27 м и представляет собой препятствие для продвижения материала, в результате чего увеличивается высота его слоя и, соответственно, площадь теплообмена между материалом и газовым потоком, что дополнительно увеличивает температуру материала. Так как за теплообменником расположен порог 5, превышающий высоту пересыпных полок, то сами полки в нижней части печи полностью находятся в материале и нагреваются до его температуры. Затем, выходя из слоя материала пересыпные полки 4, контактируют с газовым потоком, нагреваясь до температуры, близкой к температуре газового потока. Так как высота порога 5 выше чем высота пересыпных полок 4, то полки защищены от прямого излучения факела. В результате они меньше нагреваются и соответственно подвержены меньшему перепаду температур и напряжениям, находясь попеременно то в материале, то в газовом потоке. Это приводит к увеличению срока службы пересыпных полок 4, предохраняя их от скола. Пылевидная фракция, ссыпаемого с полок материала, подхватывается и уносится в область цепной завесы, в которой улавливается и обратно транспортируется к горячему концу печи. Затем нагретый и частично декарбонизированный материал продвигается через порог и обжигается в зоне спекания печи.
Если непосредственно за цепной завесой установлен дополнительный теплообменник 6, например в виде металлических лопастей, перемешивающих материал, то материал, выходящий из цепной завесы интенсивнее перемешивается, при этом более активно обновляется верхний слой материала, что интенсифицирует теплообмен между газовым потоком и нагреваемым материалом. В результате чего можно нагреть большее количество материала, за счет чего увеличится производительность печи. Затем материал, нагретый в дополнительном теплообменнике, попадает в керамический пересыпной теплообменник.
Авторами выявлено, что конструктивные изменения в печи, содержащей керамические пересыпные полки в области газового потока с температурой 1250-1400°С, обеспечивающие подъем не более 50% материала, приводят к интенсификации теплообмена между материалом и газовым потоком, а порог, расположенный непосредственно за пересыпным керамическим теплообменником, дополнительно интенсифицирует теплообмен и увеличивает срок службы керамических полок. Интенсификация теплообмена керамическим пересыпным теплообменником, позволяет увеличить производительность печи на 5-15% за счет сокращения зоны декарбонизации. Таким образом, на сократившуюся длину зоны декарбонизации увеличатся пропорционально длины подготовительных зон (сушки и подогрева), что позволит нагревать большее количество материала, что и является причиной увеличения производительности. Дополнительный теплообменник, расположенный непосредственно за цепной завесой увеличивает теплообмен между газовым потоком и материалом, что дополнительно позволяет увеличить производительность печи еще на 1-2%.
1. Вращающаяся печь, содержащая наклонный футерованный с внутренней стороны цилиндрический корпус с расположенным в зоне декарбонизации теплообменником, выполненным в виде керамических пересыпных полок, отличающаяся тем, что за пересыпными полками расположен порог, высота которого перекрывает не более 50% живого сечения печи, и длиной не более диаметра печи, при этом высота пересыпных полок не превышает высоты порога.
2. Вращающаяся печь по п.1, отличающаяся тем, что содержит расположенную в холодном конце печи цепную завесу.
3. Вращающаяся печь по п.2, отличающаяся тем, что за цепной завесой по ходу движения материала встроен дополнительный теплообменник.
