книги / Обжиг в кипящем слое в производстве строительных материалов

Ри с.

1 8 . Блок

арочной подины

эовали каменный уго ль при обжиге

глинистого

сырья.

Сжигание твердого топлива в кипящем cnog

для

осущ ествления

различных высокотемпературных

эн­

дотермических

процессов

требует подбора

фракци­

онного состава

топлива,

обеспечивающего

мини­

мальный вынос

частиц несгоревшего топлива

из

слоя, и равномерного распределения его по

всему

объем у слоя > что должно

исключить

возможность

перераспределения температурных полей.

Особенно

это важно для

крупных тепловых агрегатов.

Под­

готовка фракционированного твердого

топлива

-

Перспективным направлением

использования

твердого топлива является метод сжигания

его

в

пылевидном состоянии С3 8Ц, который

занял

доми­

нирующее положение в энергетике; этот

метод

кипящем с л о е необходим о ориентироваться

на

дон­

ный

ввод пыли* для чего , подину зоны

обж ига

сле ­

д у е т

соби рать из отдельны х пы леугольны х

горелок.

Сж игание различных видов газообразн ого

топ­

лива в кипящем с ло е изучалось в У ральском

поли­

техническом институте

им0 С .М . Кирова,

в

Инс­

ти туте т е п ло - и м ассообм ена АН. Б С С Р ,

И нституте

га за АН У С С Р , Ю жгипроцементе,

Донниичерме-

те,

В Н И И С ТРО М Е

и в

других организациях в

ла­

бораторных, полупромышленных и

промышленных

условиях.

В Донниичермете и И Г А Н У С С Р

проводились

исследования по сжиганию природного

га з а

в

про­

мышленных условиях на двухэонной печи

кипящего

слоя с диаметром

2 7 5 0 м м для обж ига

известняка

на М акеевском м еталлур ги ческ ом

заводе

им.

С .М . Кирова [ 3 8 ] .

Испытывали боковые

муфельные

горелки, боковой ввод

природного

га за

струями

высокой энергии и донный ввод

гааовоздуш ной

см еси

беспламенными

горелкам и ,

а

также

гор ел­

ками

струйного смешивания. Исследования

показа­

ли, что боковой ввод не применим

и з -з а

в ы т е с -

нения факела из кипящего слоя . Н аиболее

эффек-

тивным является донный ввод топлива,

Боковые

муфельные горелки были оставлены на печи

только

для

ее розж ига.

Газ и возд ух с -помощью донных горелок

м о гу т

бы ть

поданы в кипящий слой после

предварительно­

го их смешивания или же б ез смешивания,

т .е . при

осущ ествлении подачи

га за и воздуха

в

кипящий

слой

отдельны ми струями.

Подача га за и воздуха после

предварительного

их

смешивания теплотехнически б о лее совершенна, но

при это м максимальная тем пература

отм еч ается

в

с л о е

у пода печи,

что

приводит к

прогоранию

го ­

релок и образованию сваров. В вод

га за и

воздуха

отдельны м и стр уям г

онструктивно

более

прост

и

обеспечивает рациональное

распределение

темпе­

ратурных полей

по вы соте

кипящего слоя*

На основании

исследований Донниичермета

на

промышленной печи кипящего слоя для обжига и »»

вестняка на М акеевском м еталлургическом

заводе

было установлено, что наиболее подходящим

вари­

рабатываемого

материала

является донное

распо­

ложение горелок при подаче газа и воздуха

от­

дельными струями. Э тот принцип использован

в

промышленной печи для обжига известняка в

кипя­

щем слое

на М акеевском металлургическом

заво­

де! -успешно эксплуатируемой в течение ряда лет.

В 1 9 6 2

г . исследования метода обжига

гли­

нистых и вулканических пород в печах

кипящего

слоя со сжиганием газообразного топлива в

слое

обрабатываемого материала

проводились

ВН И И СТРО М О М

совместно

с

Институтом

газа

АН У С С Р . В кипящий слой

подавали предварительно

подготовленную

газовоздушную

см есь.

Проведенные

эксперименты показали, что при подаче в

спой

предварительно подготовленной

газовоздушной

см ^»

си наблю дается

образование спеков в м естах

вы ­

но, э т о т способ не

является рациональным при сжи­

гании

газообразного топлива в

псевдоожиженном

слое

спекающ егося

материала.

В

1 9 6 6 г . во

ВН И И СТРО М Е совместно

с

Донниичерметом в лабораторных условиях

были

выполнены поисковые исследования, которые

по­

зволили установить

принципиальную

возможность

пород в кипящем слое при подаче газа

и

воздуха

в слой

отдельными

струями с помощью

донных

горелок

[ 1 3 ] .

В дальнейшем исследования по разработке

ме­

тода обж ига глинистых и вулканических

пород

в

печах кипяшего слоя

со сжиганием

газообраз—

ном заводе В Н И И С Т Р О М . Были разработаны

и

испытаны различные конструкции

подового

га зо -

гор елоч н ого

устройства,

зоны обж ига

печи

и

сис­

тем ы подачи

и вы грузки

м атериала

из

кипящего

сло я . Испытания проводились на глинистых,,

вул­

канических и т.п. породах.

В р езульта те исследований, выполненных

на

полупромышленной

установке

В Н И И С ТРО М ,

был

разработан способ получения легки х

заполнителей

путем обж ига глинисты х, вулканических и

других

пород в

кипящем с л о е

со

сж иганием

газообразн ого

топлива непосредственно в сло е

обрабаты ваем ого

материала, а также была разработана

конструк­

ция лечи кипящего слоя для

обж ига

со

вспучивани­

ем спекающихся (глини сты х,

вулканических

и

д р .)

материалов.

Разработанный

способ получения

легк и х

запол­

нителей

и конструкция

печи

использованы

при про­

ектировании

и основании

Смы ш ляевского

экспе­

риментального завода

керам зитового леск а

Куй­

бышевского комбината

строительны х м атериалов [ l 4,

1 6 ].

Сжигание

жидкого

топлива в кипящем с л о е

ис­

следовали в

Гипроцементе,

В сесою зн ом

алю м о -

м агниевом институте, У ральском политехническом

институте им. С .М . Кирова,

Институте

т е п ло -

и

м ассообм ена АН Б С С Р,

в Донниичермете

с

ЦНИЛом Камыш -Буру некого

комбината. Бы ло

опро­

бовано

сжигание м азута

на

опытно-промыш ленных

установках на У ральском алюминиевом,

С акском

химическом заводах и Камыш -Бурунском

ж елезно­

рудном

комбинате

при

обж иге глин озем а,

и з в е с т ­

няка и

ж елезны х руд.

Зарубежная фирма D o r r

O l i v e r

на

промышленных

печах для обж ига

известняка применяет м а зу т

при

боковом

вводе его

в зону

обж ига.

кипящего слоя для обж ига известняка со

сжига­

нием м азута

в

с л о е обрабатываемого материала с

боковым вводом топлива. Для сжигания

жидкого

топлива в с л о е

спекающихся

материалов

требуют­

ся специальные

горелочны е

устройства,

находя­

щиеся ещ е в стадии разработки.

В С С С Р

э т о т способ подвода

тепла в

кипящий

спой еще не

нашел достаточного

промышленного

подвода тепла,

применение которых

целесообразно

для некоторых

процессов. К числу их

относится

электрообогрев

через омываемые слоем

поверх*

нооти нагрева,

радиационные панели,

или

излу­

грев слоя, нагрев с помощью

низкотемпературной и

высокотемпературной плазмы,

нагрев в

высоко­

частотном поле [Ю З ] к др.

Интенсивное перемешивание материала и

газа

в кипящем с л о е , приводящее к выравниванию

тем­

пературы в объем е, исключает возможность в

од­

ном кипящем слое противо точного движения

газов

и твердого вещ ества, позволяющего повысить

ко­

эффициент использования тепла. В связи в

этим

жига. и тепла готового продукта требуется

соору­

жение дополнительных зон кипящего слоя или

же

специальных теппоиспользуюших агрегатов.

Т еп ло отходящих газов из зоны обжига и

гото­

в ого продукта

целесообразнее использовать

для

осущ ествления

технологического

процесса

путем

сооружения дополнительных зон

кипящего слоя (зон

подогрева исходного материала и охлаждения

гото­

вого продукта). При сооружении

дополнительных

Рис,

1 9 , Аппаратурные схемы печи кипящего слоя

для

обжига со вспучиванием глинистых и

вулка­

нических пород

1

- двух - и грехзонная печь кипящего

слоя; 2 -

которые обеспечивают непрерывный и

стабильный

переток материала и исключают утечку газа

через

переточную трубу. Как было отмечено, для

этих

целей наиболее подходящей конструкцией

является

клапанный переток с плотным слоем материала

в

переточной трубе. Кроме того, такая схема

позво­

ля ет

использовать для термо подготовки

подогре­

тый

воздух из холодильника вместе с

отходя-

щими газам и

из

зоны обж ига

(рис, 1 9 , в ),

а

так­

же осущ ествлять

терм оподготовку в двух

зонах

подогрева (р и с.

1 9

, г ) . Термоподготовка

м ате­

риала в

две

стадии

позволяет

более полно

исполь­

зовать

тепло

отходящих газов .

Последние три

ва­

ления уносимой отходящими газам и пыли сырца

и

готового продукта.

Многие

высокотемпературные

эндотермические

процессы в

производстве строительных

материа­

лов протекают при температуре, близкой к

темпе­

ратуре размягчения материала, либо с

р а зм я г­

чением или даже частичным оплавлением е го

частиц.

Это относится, например, к вспучиванию

глинис­

тых и вулканических пород. В таких случаях

ус­

кционирования кипящего слоя б ез образования

с в а -

ров (спеков) являются определяющим (при

данном

технологическом

пр оцессе).

Главной задачей обеспечения

устойчивости

ки­

пящего слоя является создание определенного

рас­

пределения температуры обжига

по вы соте

слоя

и

стабильность его поддержания. Это относится

как

к м етоду обжига

материалов при подводе

тепла

о т

сжигания лю бого

вида топлива

непосредственно

в

кипящем слое материала, так

и при подводе

теп ла

в слой продуктами сгорания топлива,

сж игае­

м ого

в выносной

топке. Во в сех

случаях

требу­

ется,

чтобы температура слоя

у

пода печи

бы ла

несколько

ниже,

чем

оптимальная

температура

обжига м атериала в кипящем слое.

Опыт показал, что при любом

конструктивном

оформлении пода

печи

(газораспределительная

ре­

шетка, подовая горелка и т .д .) практически

невоз-

можно избеж ать

залегания определенного

количе­

ства

материала

в отдельны х частях

пода печи.

Ко­

личество

за лега ем о го

материала зависит от

равно­

мерности

распределения псевдоожижающего

агента

по сечению печи

и о т

гранулометрического состава

обрабатываемого материала. Поэтому, если

даже

температура слоя у пода печи равна

оптимальной

температуре обж ига,

то в м естах залегания

мате­

риала она

повышается и там м огут

образоваться

спеки.

Обжиг в печах кипящего слоя отличается

боль­

шой интенсивностью, поэтому любое

отклонение

параметров от заданных величин приводит к

быст­

рым

изменениям

характера технологического

про­

цесса. Например,

при производстве

керамзитового

песка отклонение подачи материала в печь от

а&+

данного на 2 -4 %

приводит к изменению

Q темпе­

ратуры кипящего

слоя

более чем на 2 0 - 4 0 С . По­

вышение температуры слоя на указанную

величину

в отдельны х случаях приводит к образованию

опе­

ка, а снижение температуры не обеспечивает

до­

статочного вспучивания материала. Такая же

кар­

тина

наблюдается

при изменении других

показате­

лей ,

таких

как остаточная влажность,

грануло­

ратуры в кипящем слое зависит от

стабильности

гидродинамического режима в слое -

скорости

псевдоожижения, перепада давления в слое

и давле­

ния или разрежения над слоем . Все

эти

показате­

ли, как известно, зависят от работы

тягодутье­

вых устройств лечи.