Работа цементной вращающейся печи

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Цементная вращающаяся печь

Цементная вращающаяся печь представляет собой стальной барабан длиной 118 — 185 м и внутренним диаметром 3 3 — 5 м, футерованный шамотным, хромомагнезитовым и тальковым кирпичом. Барабан печи снабжен бандажами для установки на опорные ролики, расположенные на железобетонных фундаментах. Печь приводится во вращение электродвигателем через редуктор и венцовую шестерню, скорость вращения 0 5 — 1 2 об / мин. Печь установлена с наклоном около 4 для того, чтобы при ее вращении материал продвигался вдоль барабана. Поднятый конец печи входит в пылеосадительную камеру. Нижний конец печи снабжен рекуператорами, в которых клинкер, поступающий через отверстия в барабане, охлаждается воздухом. [1]

Цементная вращающаяся печь представляет собой стальной барабан длиной 118 — 185 м и внутренним диаметром 3 3 — 5 м, футерованный шамотным, хромомагнезитовым и тальковым кирпичом. Барабан печи снабжен бандажами для установки на опорные ролики, расположенные на железобетонных фундаментах. Печь приводится во вращение электродвигателем через редуктор и венцовую шестерню, скорость вращения 0 5 — 1 2 об / мин. Печь установлена с наклоном около 4 для того, чтобы при ее вращении материал продвигался вдоль барабана. Поднятый конец печи входит з пылеосадительную камеру. Нижний конец печи снабжен рекуператорами, в которых клинкер, поступающий через отверстия в барабане, охлаждается воздухом. [2]

Качество сварных швов цементных вращающихся печей контролируют внешним осмотром и просвечиванием гамма-лучами. Обычно просвечивают не более 5 % всей длины швов. После сварки корпус еще раз проверяют на прямолинейность. [4]

Механизм процесса теплообмена в цементных вращающихся печах весьма сложен вследствие того, что он связан с процессом горения топлива, с химическими процессами, протекающими в обжигаемом материале, с вращением самого теплового агрегата и другими специфическими условиями. [6]

В приведенном ниже примере представлена часть цементной вращающейся печи , управляемой по номинальным значениям и принципам прямого регулирования и управления и содержащей также соответствующие устройства контроля. [7]

Козловые краны большой грузоподъемности применяют при монтаже гидротурбин, на строительстве крупных гидроэлектростанций, на монтаже крупных цементных вращающихся печей . [8]

В настоящее время наиболее распространенным высокоогнеупорным материалом является обычный хромомагнезитовый кирпич, применяемый для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей . [9]

Козловые краны нашли широкое применение в самых различных отраслях как при промышленном, так и при гражданском строительстве для обслуживания складов, при монтаже гидротурбин, цементных и вращающихся печей , газгольдеров, мостов и других сложных и тяжеловесных конструкций. Это объясняется тем, что стоимость козлового крана дешевле стоимости башенных, гусеничных, пневмоколесных и железнодорожных кранов н козловый кран проще в изготовлении. Недостаток козловых кранов-ограниченная лона действия н малая высота подъема. [10]

Важнейшей технологической частью всей системы являются вращающаяся печь и теплообменник. Цементные вращающиеся печи в соответствии с загрузкой могут иметь переменное число оборотов. Это обеспечивает равномерность спекания. Кроме того, изменение числа оборотов может называться циклизацией материала в печи или корректировкой температуры. Важнейшим параметром управления является количество дымового газа печи, от которого зависит нормальный режим горения. [11]

Бандажи являются ответственными и сильно нагруженными деталями цементных вращающихся печей . Цементная печь, опираясь на бандаж, передает часть своего веса на участок бандажа, лежащий на двух опорных роликах. Бандажи изготовляются из литой или кованой стали повышенной прочности и твердости. Для печей большого диаметра ( до 6 м) бандажи по условиям транспортировки изготовляются из двух полуколец, со сваркой двух стыков на месте монтажа. Бандажи устанавливаются на подбандажную обечайку печи при ее монтаже. Смена бандажа в процессе эксплуатации печи невозможна без проведения больших монтажных работ. [13]

Имеет значение при исследовании фазового состава металлургических шлаков. Изучение реакций между окисью хрома и окисью кальция очень важно для выяснения процессов разрушения огнеупоров мартеновских и цементных вращающихся печей . [15]

Работа цементной вращающейся печи

Трубчатыми вращающимися печами принято называть техноло­гические агрегаты непрерывного действия с рабочим простран­ством в виде полого цилиндра, котором вследствие небольшого наклона (

3°) печи и вращения перерабатываемые сыпучие ма­териалы перемещаются вдоль печи, нагреваясь за счет тепла, выделившегося при сжигании топлива. В конструктивном отно­шении они отличаются друг от друга только размерами корпуса и устройством систем загрузки и выгрузки материала. В назва­нии печи обычно отражено ее назначение. Так, например, раз­личают вельц-печи, применяемые для вельцевания кеков цин­кового производства, печи для спекания бокситов, кальцинации глинозема, обжига ртутьсодержащих материалов, а также печи для сушки различных промежуточных продуктов металлургиче­ского производства.

По энергетическому признаку трубчатые вращающиеся печи относятся к печам-теплообменникам с переменным по длине ре­жимом тепловой работы. На участке печи, где происходит горе­ние топлива и температура продуктов сгорания достигает 1550— 1650 С С, осуществляется радиационный режим работы печи. По мере продвижения продуктов сгорания топлива по длине печи они охлаждаются до нескольких сот градусов и режим тепловой ра­боты печи постепенно становится конвективным. Конкретное распределение по печи зон с конвективным и радиационным режимом работы зависит от вида и параметров технологического процесса.

За исключением получивших небольшое распространение пе­чей для сушки сульфидного сырья, трубчатые печи работают в режиме противотока. Загружаемая в печь шихта может иметь различную степень влажности, вплоть до пульпы, содержащей до 40 % воды. Она подается в верхнюю (хвостовую) часть печи и медленно движется навстречу газам, образующимся в результате сгорания топлива в головной части агрегата. Из барабана пере­рабатываемые продукты в виде спека или раскаленного порошко­образного материала поступают в специальный холодильник, а газообразные продукты сгорания топлива вместе с технологиче­скими газами направляются в систему пылегазоочистки. В зави­симости от вида технологического процесса для отопления труб­чатых вращающихся печей могут быть использованы: природный газ, мазут и твердое топливо и в виде коксовой мелочи или угольной ныли. В качестве сжигающих устройств и трубчатых печах обычно применяют газовые горелки типа «труба в трубе», форсунки для сжигания малосернистого мазута или специальные пылеугольные горелки.

Основными элементами вращающихся печей (рис. 32 1) являются корпус (барабан), приводной механизм, опорные бандажи с роликами, а также загрузочная и разгрузочная камеры.

Корпус мечи представляет собой сварную металлическую трубу диаметром до 5м и длиной до 185м, футерованную изнутри огнеупорным кирпичом. Он опирается на специальные ролики, ширина пролета между которыми составляет для больших печей 20 — 28 м. Для перемещения материала корпус наклонен к гори­зонту под углом в 2,5 — 3°. Привод печи, с помощью которого она вращается с частотой около 1 об/мин, состоит из электродвигателя, редуктора и зубчатой передачи.

Опорные бандажи кольцевой формы воспринимают на себя всю нагрузку от веса барабана, достигающую 70—80 т. Для больших печей применяют кованые бандажи прямоугольного сечения, которые надевают на корпус свободно, с небольшим зазором, учитывая последующее тепловое расширение барабана. Каждый бандаж опирается на два ролика, вращающиеся вместе с бандажом во время работы печи.

Верхний торец печи входит в загрузочную камеру. Сухую шихту загружают в печь с помощью шнекового питателя через патрубок, расположенный в загрузочной камере. Пульпа подается в печь через пульповую трубу ковшом-дозатором или с помощью специальной форсунки. Улавливаемая пыль возвращается в ба­рабан печи так же, как сухая шихта.

Нижний торец печи входит в разгрузочную камеру. Между ней и барабаном ставится специальное кольцевое уплотнение. В передней стенке камеры имеются отверстия для установки горелочных устройств. К ней также примыкают устье канала, по кото­рому готовый продукт пересыпается в холодильник.

Для предотвращения налипания влажной шихты на стенки барабана и настылеобразования в холодном конце печи устанавливают цепные завесы. Их прикрепляют к барабану одним концом по всему сечению печи, выбирая длину зоны таким образом, чтобы температура газов в ней не превышала 700°. При отсутствии завес может быть использовано отбойное устройство, представляющее собой связки рельсов длиной до 12 м, прикрепленные цепью к торцевой головке печи.

Футеровка вращающихся печей работает в весьма тяжелых условиях, что связано с периодическим колебанием температур на поверхности кладки, обусловленным вращением печи и пере­мещением находящегося в ней материала. Перепады температур на внутренней поверхности барабана при входе и выходе из-под слоя шихты составляют 150—200 °С. В зоне спекания па футеровку сильное химическое и абразивное воздействие оказывает материал. В зоне сушки кладка подвергается значительному истиранию цепями. Основным материалом для футеровки печей глиноземных заводов служит шамот. Высокотемпературные зоны печи выкладывают из хромомагнезитового, магнезитового и нериклазошпинелидного огнеупорного кирпича. Для сохранения футеровки при остановках печи барабан должен вращаться до ее полного охлаждения. Продолжительность работы печи обычно составляет 2—4 года.

Переработка мелкого сыпучего материала без его расплавления с успехом производится также в трубчатых враща­ющихся печах. В длинной футерованной трубе чаще всего противотоком движутся нагреваемый материал и про­дукты горения топлива. Движение материала происходит благодаря небольшому наклону трубы в сторону выгрузки и вращению печи. При вращении материал поднимается на некоторую высоту и пересыпается вниз. При этом происходит хороший теплообмен с горячими газами все время обновляющейся поверхности материа­ла. Теплообмену способствует также то, что материал, пересыпаясь, попадает на нагретую поверхность кладки за тот период, когда она свободна от слоя материала.

Все это определило высокую интенсивность теплообмена в рабочем пространстве печи.

Трубчатые вращающиеся печи используются также для сушки различных материалов, удаления химически свя­занной влаги при высоких температурах обжига и для спекания материала с образованием новых соединений. Это определило их применение при производстве глинозема в алюминиевой промышленности (спекание и каль­цинация). Они нашли применение и при переработки материалов, содержащих свинец и цинк. При этом цинк отгоняется и виде окисла и улавливается из отходящих газов. Барабанные печи используются для обжига суль­фидных материалов.

Основной элемент печи — железный барабан 3 длиной до 150 м и диаметром 2,0—3,8 м. Барабан футеруется высокоглиноземистым или шамотным кирпичом. Печь работает по принципу противотока. Шихта сухая или мокрая в виде пульпы с содержанием влаги 40 — 42% поступает в барабан через торец 6 (холодным конец) и медленно перемещается к головной части 2 (горячий конец) навстречу газам. Из барабана продукт спекания – спек — ссыпается в холо­дильник, расположенный под печью и представляющий собой также барабан длиной до 30 м и диаметром до 2,5 м. В барабане спек охлаждается движущимся на­встречу воздухом или водой, орошающей холодильник сверху. При охлаждении спека воздухом последний просасывается через холодильник вентилятором (на рисун­ке не показан) и используется при сжигании топлива. Для нагрева печи применяют мазут, газ или угольную пыль. Форсунки или горелки располагают в головной части барабана. Дымовые газы, содержащие значитель­ное количество пыли, через дымоход 8направляются на очистку в пылевые камеры, в электрофильтры и даже иногда в скрубберы. Только после этого дымовые газы с помощью дымососа отводятся в дымовую трубу. Фу­терованный и загруженный шихтой барабан имеет боль­шую массу (масса печи длиной 70 м около 400 т). С по­мощью специальных бандажей 4, закрепленных снару­жи кожуха, печь опирается на вращающиеся ролики 11 с бронзовыми подшипниками. Вращение производится от мотора 10 через редуктор и венцовую шестерню 5, укрепленную с помощью пружин на кожухе печи. Бара­бан вращается обычно с частотой 0,0—2 оборота в ми­нуту. Частоту вращения можно изменять, регулируя контроллером число оборотов мотора.

Печь монтируют с уклоном в 3—6%. Во избежание схода барабана с опор используются упорные ролики 12,расположенные горизонтально, в которые сбоку упи­рается бандаж.

Горячий конец печи входит в топливную (разгрузоч­ную) головку 1, устраиваемую обычно откатной. Между концом барабана и топливной головкой ставится лаби­ринтное уплотнение и виде диска 13, укрепленного на барабане и вращающегося в коробке, укрепленной на топливной головке. В передней стенке топливной головки имеются отверстия для горелок или форсунок. К голов­ке примыкает устье капала, но которому спек пересыпа­ется в холодильник.

Холодный конец печи входит в загрузочную коробку 7, Загружают сухую шихту посредством патрубка, про­ходящего через загрузочную коробку печи (на рисунке не показан). Пульпу в печь либо наливают, либо распыливают форсунками. Во избежание образования насты­лей на внутренней поверхности холодного конца бара­бана имеется отбойное приспособление 9, состоящее из стальной болванки, прикрепленной цепью к загрузочной головке. При вращении барабана болванка разбивает настыли.

Производительность печи при мокрой боксито­вой шихте 12 т/ч спека и выше. Главные факто­ры, влияющие на произ­водительность: толщина слоя материала в печи, частота вращения печи, влажность шихты и ее химический состав. Сред­ний удельный расход тепла составляет 6300 — 7100 кДж на 1 кг спека.

Материальный баланс цементной вращающейся печи.

Задание

Теплотехническая эффективность замены барабанного холодильника на колосниковый на Паранайском цементном заводе.

Исходные данные для расчета.

Производительность печи =10 т/ч

Размеры печи 2,90х2,44х56

Введение.

Наиболее распространёнными холодильниками клинкера являются рекуператорные (планетарные), колосниковые и барабанные (трубные). Известны и другие виды холодильников, но масштабы их применения в промышленности менее значительны.

В этой работе предлагается замена барабанного холодильника на колсниковый на Паранайском цементном заводе.

Барабанный (трубный) холодильник представляет собой метал­лический барабан диаметром 2,5—6,0 м и длиной 20—100 м, вра­щающийся на бандажах и опорных роликах с частотой 3—6 об/мин. Кожух холодильника обычно, имеет такой же диаметр, что и кожух печи. Привод барабана, так же как и привод вращаю­щейся печи, состоит из электродвигателя, редуктора, венцовой и подвенцовой шестерен. Угол наклона барабана к горизонту равен 4— 6°. Горячая часть барабана отфутерована шамотным кирпичом или чугунными плитами. На остальной части корпуса барабана в шах­матном порядке установлены лопасти (швеллеры), которые пересыпают клинкер и способствуют увеличению поверхности теплообме­на. Мелкий клинкер после выхода из печи просыпается через ре­шетку, а крупные его куски направляются в дробилку. Загрузочное устройство холодильника выполнено в виде керамической шахты с наклонным дном. Места соединения шахты с головкой печи и ба­рабаном холодильника уплотняются. В барабанном холодильнике клинкер охлаждается с 1273—1373 до 373—573 К. Охлаждающий воздух, нагреваемый до температуры 773—873 К, используется в качестве вторичного воздуха.

Барабанный холодильник у печи с циклонными теплообменни­ками производительностью 1800 т/сут имеет диаметр 4,6 м и длину 50 м, угол его наклона 4,5°, а частота вращения 2,4 об/мин. Он эф­фективно работает, если футерован огнеупорной массой на 70— 80% своей длины, а на участке между 16 и 28 м в нем устаиовлены литые лопатки и далее до конца холодильника —лопатки из сталь­ного листа. Вместо лопаток можно устанавливать ковши из жа­ростойкого литья. Для понижения температуры клинкера до 423— 473 К необходимо впрыскивание воды внутрь барабана при расходе ее около 3 м 3 /ч. Барабанный холодильник не оборудуется дро­билкой, так как крупные зерна клинкера разбиваются при пересы­пании. Преимуществами барабанных холодильников являются простота конструкции и надежность в эксплуатации, отсутствие из­быточного воздуха, относительно низкий расход электроэнергии. К. недостаткам холодильника относится недостаточно строго регу­лируемое количество вторичного воздуха, большая его запылен­ность, что ухуджает видимость в печи, необходимость установки вращающихся печей на высоких фундаментах, Недостаточно вы­сокая стойкость пересыпающих лопаток и полок. Возможный пере­грев нефутерованного корпуса холодильника до 523—673 К частич­но устраняется путем орошения его водой. Барабанные холодиль­ники распространены недостаточно широко.

Колосниковые холодильники различных конструкций работают по одному и тому же принципу — охлаждение клинкера осущест­вляется присасыванием воздуха сквозь его слой. Колосниковые хо­лодильники имеют колосниковую решетку, состоящую из отдельных колосников — палет, на которой слоем толщиной 150—300 мм рас­пределяется горячий клинкер. Холодный воздух подается под ре­шетку и проходит слой клинкера, охлаждая последний до 333— 353 К.

В промышленности применяют колосниковые холодильники не­которых марок, отличающиеся один от другого некоторыми кон­структивными особенностями.

В холодильниках «Волга» и «Фуллер» горизонтальные колос­никовые решетки изготовлены из одинакового количества чередую­щихся подвижных и неподвижных колосников Решетка заключена в металлический кожух, верхняя часть которого отфутерована шамотным огнеупором. Неподвижные колосники ре­шетки прочно закреплены в кожухе, а подвижные смонтированы на общей раме и совершают возвратно-поступательное движение с помощью кривошипно-шатунного механизма, благодаря чему осу­ществляется продвижение клинкера, лежащего на решетке слое толщиной 150—300 мм. Рамы совершают 8-16 движений в мину­ту при величине хода до 100 мм. Зазор между плитами достигает 5—8 мм, а живое сечение всей решетки—10%. Подрешеточное пространство разделено на две, три зоны и более в зависимости от габаритов холодильника. В секции камеры подается холодный воздух, наиболее горячая часть которого (из 1-й секции) используется в качестве вторичного воз­духа, а остальная часть (из двух секций отводится наружу. Для резкого охлаждения клинкера и равномерного распределения его на решетке применяют острое дутье воздуха высокого давле­ния или ступенчатую наклонную решетку. В разгрузочном конце холодильника установлены решетка или грохот, отсеивающие нор малыше зерна клинкера и направляющие крупные зерна в дро­билку. Под колосниковой решеткой установлен скребковый , транспортер для удаления мелких фракций клинкера, просыпавшихся через зазоры между колосниками.

Одной из наиболее изученных в настоящее время схем является совмещение колосникового холодильника с шахтно-секционным хо­лодильником . Клинкер охлаждается от 1623 до —673 К в колосниковом холодильнике, при этом весь охлаж­дающий воздух поступает в печь. Затем клинкер проходит дробилку предварительного дробления и подается во второй холодильник, представляющий собой систему шахтных секций, в которые горя­чий клинкер загружается сверху с помощью элеватора, скребко­вого конвейера и поворотных заслонок. Клинкер движется по шах­там вниз со скоростью 2,5—3 см/мин и проходит их за 2—3 ч. Выгрузка клинкера с температурой 343—353 К синхронизирована с нагрузкой. Холодный воздух низкого давления., по специальным трубопроводам, проходящим в шахтах-секциях, подается сверху вниз и нагревается до 333—373 К, после чего направляется в ко­лосниковый холодильник. Так как воздух не контактирует с клин­кером, то он не содержит пыли и понуждается в очистке.

Экономичен также двойной просос охлаж­дающего воздуха через слой клинкера в разных камерах. В этом случае температура подогрева вторичного воздуха может дости­гать 1073—1173 К.

К недостаткам колосниковых холодильников относят то что они имеют сложную конструк­цию и много движущихся частей, часто выходящих из строя. При охлаждении мелкого клинкера значительная часть его просеивается через отверстия между колосниками и перегружает скребковый транспортер, что вызывает остановку агрегата. Однако они харак­теризуются высокой удельной производительностью [800— 900 кг/(м 2 .ч)] и глубоким (до 323—353 К) охлаждением клинкера. В связи с тем что найдены способы уменьшения, степени влияний отмеченных недостатков, в последнее время стали проектироваться колосниковые холодильники как средней, так и большой (3000 -10000 т/сут) производительности.

1. Расчет горения топлива.

1.1 Теоретический объемный и массовый расход воздуха.

L_в 0 = 0,0889 ∙ С p +0,265 ∙ Н p + 0,333(O p — S p ) = 0,088∙63,3 + 0,265 ∙ 3,92 + 0,0333(6,56 – 0,53)=6,465 [нм 3 /кг. т.]

m_в 0 = 1,293 ∙ L _в 0 = 1,293 ∙ 6,465 = 8,359 [кг/кг т.]

1.2 Действительный расход воздуха

L_в д = α∙L_в 0 = 1.15 ∙ 6,465 = 7,435 [нм 3 /кг. т.]

m_в 0 = α ∙ m_в 0 = 1.15 ∙ 8,359 = 9,613 [кг/кг т.]

1.3 выход продуктов горения

L_CO2 = 0,0186 ∙ C p = 0,0186 ∙ 63,3 = 1,117 [нм 3 /кг. т.]

L _Н2О = 0,112 ∙ Н p + 0,0124 ∙ W­ P = 0,112 ∙ 3,92 + 0,0124∙ 2,03 = 0,464 [нм 3 /кг. т.]

L _N2 = 0,79 ∙ L_в д + 0,018 ∙ N p =0,79 ∙ 7,435 + 0,08 ∙ 1,06 = 5,958 [нм 3 /кг. т.]

L _SO2 = 0,007 ∙ S p = 0,0075 ∙ 0,53 = 0,0037 [нм 3 /кг. т.]

L _O2 = 0,21 ∙ (α – 1) ∙ L_в 0 = 0,21 ∙ (1,15 – 1) ∙ 6,465 = 0,204 [нм 3 /кг. т.]

Lп.г.= 1,117 + 0,464 + 5,958 + 0,0037 + 0,204 = 7,807 [нм 3 /кг. т.]

m _CO2 = 1,977 ∙ L_CO2 = 1,977 ∙ 1,177 = 2,327 [кг/кг. т.]

m _Н2О = 0,805 ∙ L_Н2О = 0,805 ∙ 0,464 = 0,374 [кг/кг. т.]

m _SO2 = 2,928 ∙ L _SO2 = 2,928 ∙ 0,0037 = 0,011 [кг/кг. т.]

m _O2 = 1,429 ∙ L _O2 = 1,429 ∙ 0,204 = 0,292 [кг/кг. т.]

m п.г.= 2,327 + 0,374 + 7,453 + 0,011 + 0,292 =10,457 [кг/кг. т.]

Таблица 1. Материальный баланс горения топлива.