Способ обжига кусковых карбонатных пород в двухшахтной прямоточно-противоточной печи
Использование: в металлургической, химической, строительной областях при эндотермическом обжиге карбонатсодержащего материала (известняка, доломита, магнезита, дунита). Сущность изобретения: для снижения энергетических и капитальных затрат при использовании мощных турбовоздуходувок в способе обжига кусковых карбонатных пород в двухшахтной прямоточно-противоточной печи, особенно большегрузной, включающем подачу воздуха в печь турбовоздуходувками в течение цикла, сжигание топлива в прямотоке, охлаждение извести в противотоке, отвод газообразных продуктов из печи и переключение шахт, сжигание топлива и охлаждение извести в цикле осуществляют поочередно. При этом образующиеся во время охлаждения извести газообразные продукты отводят через обе шахты одновременно, а охлаждение извести в цикле проводят перед сжиганием топлива. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к способам эндотермического обжига карбонатсодержащего материала (известняка, доломита, магнезита, дунита и др.) и может быть использовано в металлургической, химической, строительной отраслях.
Известен способ производства извести в прямоточно-противоточной регенеративной печи [1] Способ включает подогрев и обжиг известняка в режиме прямотока и охлаждения извести в режиме противотока. Топливо и воздух для его сжигания подают в одну шахту сверху в прямотке. Одновременно воздух для охлаждения извести подают в каждую шахту снизу в противотоке. Продукты сгорания топлива, диссоциации карбонатов, а также воздух после охлаждения извести, через переходной канал направляют в противоточную шахту и далее через систему газоочистки выбрасывают в атмосферу. Функции шахт периодически меняют. Объем печных газов непрерывно возрастает по ходу движения: так, объем печных газов, покидающих печь, почти вдвое превышает объем подаваемого на горение воздуха. Воздух для горения и охлаждения подают в шахты раздельно от двух групп ротационных воздуходувок (типа Рутса), которые характеризуются стабильностью характеристики: развиваемый напор равен сопротивлению столба материала в печи. Ротационные воздуходувки имеют производительность по воздуху до 8 тыс. м3/ч при напоре до 40 кПа. Более мощные ротационные воздуходувки не изготавливают в связи с техническими трудностями. Недостаток способа состоит в том, что при большой единичной мощности агрегата (более 500 т/сут) количество ротационных воздуходувок увеличивается, что увеличивает капитальные затраты и усложняет их эксплуатацию. Так, для ППР-печи производительностью 600 т/сут требуется десять воздуходувок [2] Известен способ обжига карбонатных пород в двухшахтной прямоточно-противоточной регенеративной печи, согласно которому воздух на горение и охлаждение извести подают с помощью турбовоздуходувок [3] Процесс осуществляют при параллельной работе двух или трех воздуходувок, воздух из которых поступает в общий коллектор. Давление в коллекторе несколько превышает давление в верхней части печи. Из коллектора воздуха распределяют по двум воздухопроводам: для горения топлива (около 60% объема) и для охлаждения (остальной). Воздух для охлаждения извести дросселируют с целью понижения его давления до уровня, равного сопротивлению зоны охлаждения и отводящей шахты. Оба процесса (горение топлива и охлаждение извести), как и в ранее описанном способе, протекают одновременно. Недостатком способа является необходимость развивать турбовоздуходувками напор, превышающий фактические сопротивления шахт печи, что требует дросселирования воздушного потока. Это связано с тем, что сопротивление зоны охлаждения извести значительно ниже, чем остальных зон. Поэтому, воздуходувки должны развивать напор, рассчитанный на большее сопротивление (более 40 кПа). Удельный расход электроэнергии, в этой связи, будет на 50-100% превышать таковой при использовании ротационных воздуходувок. Кроме того, печь необходимо оснащать по развиваемому напору и производительности турбовоздуходувками, что увеличивает капитальные затраты. Данный способ взят в качестве прототипа, характеризующего существующий уровень техники. Задача изобретения состоит в том, чтобы при использовании мощных турбовоздуходувок для подачи воздуха в печь добиться снижения энергетических и капитальных затрат. Известный способ обжига кусковых карбонатных пород включает подачу воздуха в печь турбовоздуходувками в течение цикла, сжигание топлива в прямотоке, охлаждение извести воздухом в противотоке, отвод газообразных продуктов из печи и переключение шахт. Сущность изобретения состоит в том, что сжигание топлива и охлаждение извести в цикле осуществляют поочередно. Дополнительно предлагается образующиеся во время охлаждения извести газообразные продукты отводить через обе шахты одновременно, а охлаждение извести в цикле проводить перед сжиганием топлива. Перечисленные признаки нового способа отсутствуют в современном уровне техники, что свидетельствует о новизне предлагаемого технического решения. Изобретательский уровень данного способа характеризуется совокупностью осуществляемых операций, не вытекающих явно из существенного уровня техники. Поскольку параметры воздуха горения и охлаждения (расход и давление) различны, то сжигание топлива и охлаждение извести в цикле осуществляют поочередно. Неочевидными являются также дополнительные признаки, развивающие основной: отвод образующихся во время охлаждения извести газообразных продуктов через обе шахты одновременно и охлаждение извести в цикле перед сжиганием топлива. При чередовании периодов сжигания топлива и охлаждения извести воздуходувки работают по самому рациональному режиму, определяемому условиями сжигания топлива: напор воздухонадувок близок к нормальному, определяемому сопротивлению столба обжигаемого материала, а расход воздуха определяется характеристикой воздуходувки. В период охлаждения извести расход воздуха возрастает вследствие уменьшения сопротивления охлаждаемого слоя. Благодаря этому полностью используется развиваемый напор воздуходувок. Соотношение между расходом воздуха V, полезным напором воздуходувки P* (напором, который расходуется на преодоление сопротивления собственно печи) и сопротивлением столба материала P описывается уравнением: и отношение расходов воздуха в периоды горения топлива (VI) и охлаждение извести (VII) составляет: где RI сопротивление столбов зон подогрева и обжига обеих шахт; RII сопротивление зон охлаждения (в параллельном режиме) и зон обжига и охлаждения прямоточной шахты. Способ иллюстрируется фиг. 1-3. Вследствие того, что RI > RII, то всегда имеет место VII > VI (фиг.1). В случае отвода воздуха в период охлаждения через обе шахты одновременно сопротивление (RIII) уменьшится, так как образуется, по существу, два параллельных отводящих тракта. В этом случае VIII > VII > VI, т.е. еще более возрастает эффективность работы воздуходувок. Вариант, при котором охлаждение извести в цикле предшествует горению топлива, исключает необходимость установки дополнительных горелок для подогрева отходящих газов с целью недопущения их охлаждения ниже точки росы 55-60oC. Это объясняется тем, что операция охлаждения извести приводит в конечном итоге к переносу тепла из зоны охлаждения в зону подогрева и подъему температуры известняка, особенно верхнего свежезагруженного слоя, на 50-10oC. Температура выходящего из печи воздуха, как и печных газов, будет выше 60oC, а точка росы воздуха не превышает 10oC, поэтому при его подаче вспомогательная горелка не нужна. В последующей же операции сжигания топлива температура газообразных продуктов с первых секунд будет не менее 80oC, поскольку верхние слои известняка окажутся прогретыми в предыдущей операции охлаждения извести. Существо изобретения вытекает из рационального использования характеристик турбовоздуходувок, представленных на графике (фиг.2). Кроме характеристик, на график нанесены также кривые зависимости сопротивления печи от расхода воздуха и крупности известняка для двух вариантов: отвода воздуха после охлаждения извести через одну и через две шахты. Оптимальный расход воздуха определяется в точке пересечения характеристики воздуходувок и кривой сопротивления печи. В этом случае развиваемый напор воздуходувок и фактическое сопротивление печи будут одинаковы и воздушный поток не придется подвергать дросселированию. Фигуративные точки, определяющие расход воздуха, следующие: расход воздуха на горение А (AI); расход воздуха на охлаждение извести при отводе его через одну шахту B (ВI); то же, но с отводом воздуха через две шахты C (СI). Для всех случаев наблюдается равенство напора воздуходувок и аэродинамического сопротивления печи. Кроме того, расходы воздуха соотносятся как VA< VB< VC, что означает интенсификацию теплообмена при охлаждении извести и сокращение этого периода. В период горения расход топлива (например природного газа) определяют по фактическому расходу воздуха с учетом коэффициента его избытка (1,1 - 1,2). Проверка разработанного способа проведена на модели двухшахтной прямоточно-противоточной печи ППР-480 Западно-Сибирского металлургического комбината. Печь рассчитана на известняк крупностью (40-80) мм. Топливо - природный газ с удельной теплотой сгорания 35 МДж/м3. Цикл включает в себя следующие операции: сжигание топлива в прямотоке за счет подачи воздуха сверху в шахту, работающую в прямотоке; при этом расход воздуха устанавливается автоматически в соответствии с сопротивлением печи (фиг.2) так, в соответствии с графиком расход воздуха на горение определяется точками А (две турбовоздуходувки ТВ-200-1,4), соединенные параллельно) или АI (3 воздуходувки ТВ-200-1,4) или другими точками, расположенными на кривой зависимости печи от расхода воздуха при заданной средней крупности карбонатных пород; отходящие газы из прямоточной шахты по переходному каналу переходят в отходящую противоточную шахту, а затем покидают печь; охлаждение извести за счет подачи воздуха в нижнюю часть обеих шахт в противотоке; поскольку сопротивление печи при отводе воздуха в противотоке через одну (противоточную) шахту меньше, чем при сжигании топлива, то фактический расход воздуха на охлаждение будет значительно выше, чем в первой операции (точки В и ВI); при отводе же воздуха будет еще меньше и фактический расход воздуха на охлаждение возрастет (точки C и CI); операция охлаждения в цикле может предшествовать сжиганию топлива;переключение шахт, во время которого происходит загрузка известняка и выгрузка извести, а также переход к работе с новым направлением газовых потоков; прямоточная шахта становится противоточной и наоборот. В процессе проверки опробованы следующие варианты технологии:
вариант 1 прототип (сжигание топлива и охлаждение извести совмещают во времени);
вариант 2 сжигание топлива и охлаждение извести в цикле осуществляют попеременно (раздельно во времени), с отводом газообразных продуктов через одну шахту;
вариант 3 то же самое, но газообразные продукты отводят через обе шахты одновременно;
вариант 4 то же самое, но охлаждение извести в цикле проводят перед сжиганием топлива. Последовательность операций в каждом из трех вариантов следующая:
вариант I (прототип) одновременные сжигания топлива (в шахте 1) и охлаждение извести (в обеих шахтах); отвод газообразных продуктов через одну шахту (шахта II); выгрузка извести из обеих шахт; переключение шахт и загрузка известняка в шахту I; во втором цикле (в данном и во всех последующих вариантах) последовательность операций сохраняется, но меняются шахты, на которых они осуществляются;
вариант II сжигание топлива в шахте I; отвод газообразных продуктов через шахту II; отключение топлива на охлаждение извести через обе шахты и отвод газообразных продуктов через шахту II; выгрузка извести во время ее охлаждения из обеих шахт; переключение шахт и загрузка известняка в шахту I;
вариант III то же самое, что и вариант II, но отвод газообразных продуктов через обе шахты одновременно;
вариант IV то же самое, что и вариант II, но последовательность сжигания топлива и охлаждение извести (и сопутствующие им операции) меняются местами. Схематически варианты изображены на фиг.3, а результаты проверки представлены в таблице. Способ реализуется при оснащении печи турбовоздуходувками типа ТВ-200-1,4 (производительность 12000 м3/ч, напор 40 кПа) в количестве 4-х единиц, соединенных параллельно. В прототипе же предусмотрены дорогие воздуходувки типа ТВ-300-1,6 (производительность 18000 м3/ч, напор - 60 кПа) в количестве 3-х единиц. В первую очередь, определяли часовые расходы воздуха на сжигание топлива (точка АI на фиг. 2), охлаждение извести с отводом газообразных продуктов через одну шахту (точка ВI) и охлаждение извести с отводом газообразных продуктов через обе шахты (точка СI). Все указанные точки одновременно принадлежат характеристикам воздуходувок и кривым сопротивления шахт при обжиге материала крупностью 40-80 мм. Затем определяли напор воздуходувок (равный сопротивлению печи) и удельный расход электроэнергии (по развиваемой мощности воздуходувок). По часовому расходу воздуха определяли часовой расход природного газа, продолжительность операции в цикле, производительность печи. Предлагаемый способ обеспечивает такую же, как в прототипе, или более высокую производительность агрегата при работе 4-х турбовоздуходувок. Во всех заявленных вариантах в периоды сжигания топлива интенсивность подачи тепла в печь на 47,5% выше, чем в прототипе. Расход воздуха на охлаждение извести при отводе его через одну шахту (варианты 2 и 4) выше в 1,9 раза, а при отводе через обе шахты (вариант 3) выше в 2,3 раза. Благодаря этому производительность печи снижается, а в варианте III повышается на 4,4% Расход электроэнергии в предлагаемом способе уменьшается примерно вдвое. При обжиге известняка более крупной фракции 60-100 мм представляется возможным интенсифицировать процесс. Предложенный способ реализуется в проекте ППР-печей Западно-Сибирского металлургического комбината. Кроме того, он может быть реализован в аналогичных агрегатах, строящихся на других предприятиях России (Костомукшском ГОКе, Алапаевском МЗ). Проектирование и строительство ППР-печей предусмотрено также на Нижне-Тагильском и Белорецком металлургических комбинатах.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5