книги / Производство керамзита

на, а коэффициент заполнения обратно пропорционален скорости вращения печи.

Чем меньше коэффициент заполнения печи и дли­ тельность полного цикла движения, тем больше период Нагрева частиц на поверхности слоя и число периодов

но взятая частица пребывает на поверхности слоя в об­ щей сложности не более нескольких минут. Поэтому можно считать, что практически в процессе термической обработки частицы находятся внутри слоя.

При медленном вращении печи температура зерен внутри слоя материала будет меньше температуры зерен, соприкасающихся с газовым потоком и футеровкой. Ес­ ли обеспечить некоторую оптимальную скорость враще­ ния печи, то можно добиться равномерного нагрева зе­ рен материала по всей его толще.

Большего эффекта можно достичь, увеличив число оборотов печи и одновременно уменьшив наклон или, что одно и то же, сократив шаг движения. В этом случае значительно увеличивается частота обнов­ ления материала на футеровке, что приводит к выравни­ ванию его температуры по толще насадки, повышению разности между температурой материала и футеровки и возрастанию теплопередачи. Поэтому в современных двухбарабанных печах короткие барабаны, предназна­ ченные для вспучивания при относительно малом шаге, имеют частоту вращения 5,5 об/мин и выше.

Во вращающейся печи материал получает теплоту за счет лучеиспускания на открытую поверхность материа­ ла от раскаленного газового потока и открытой части раскаленной поверхности футеровки; конвекции от газо­ вого потока к открытой части материала; теплопровод­ ности закрытой части разогретой поверхности футеров­ ки к закрытой поверхности материала.

В зоне вспучивания и частично в зоне подогрева, где происходит горение и развиваются большие температу­ ры (750°С и выше), основное количество теплоты пере­ дается гранулированному материалу лучеиспусканием

Рис. 45. Одноберабанная цилиндрическая вращающаяся печь Аля обжига керамзита длиной 40 м, диаметром 2,5 м

от газового потока и футеровки. В зоне сушки и частич­ но в зоне подогрева, где температура не превыш ает 750 °С,

теплообменников малоэффективна.

Конструкции вращающихся печей, В зависимости от конструктивных особенностей вращ аю щ иеся печи, при­ меняемые для производства керамзита, подразделяю тся на однобарабанные, двухбарабанные, однобарабанны е с расширенными зонами вспучивания и сушки.

Однобарабанные цилиндрические вращ аю щ иеся печи. Барабан таких печей имеет одинаковый диаметр по всей длине. Длина таких печей 12— 70 м, а иногда и больш е, диам етр— 1,8—5 м. Нами предлож ена и серийно выпус­ кается заводом «Сибтяжмаш » однобарабанная цилинд­ рическая печь длиной 40 и диаметром 2,5 м с условной производительностью 12 м3/ч для обж ига предваритель­ но высушенного сырья с коэффициентом вспучивания около 3. Эксплуатация этих печей показала их высокие достоинства (рис. 45).

Описанная вращ аю щ аяся печь в последние годы нес­ колько модернизирована на Брянском заводе ирригаци­ онных машин и заводе «Волгоцеммаш» (г. Т ольятти).

Хорошими эксплуатационными качествами при одно­ временном применении сушилок обладаю т короткие вра-

щающиеся печи длиной 22 м и наружным диаметром 2,3 м с производительностью 6 м3/ч. Относительно ши­ роко распространены также малоэкономичные короткие печи длиной 12 м и диаметром 1,2 м.

Техническая характеристика однобарабанных вращающихся печей размерами, м

Эффективность однобарабанных цилиндрических вра­ щающихся печей, как уже говорилось, в значительной мере можно повысить устройством в холодном конце печи теплообменников. Особенно большой эффективно­ сти следует ожидать от устройства подпорного кольца на расстоянии примерно lU—7з длины канала от горяче­ го конца печи. В этом случае режим обжига в одиобарабанной печи можно приблизить к режиму обжига в двух­ барабанной вращающейся печи.

Однобарабанные цилиндрические печи более 30 лет считались наиболее подходящим оборудованием для обжига керамзита. Одна­ ко, хотя практика и подтвердила их принципиальную пригодность для указанных целей, они не вполне отвечают специфическим тре­ бованиям технологии вспучивания глинистых пород. Это в особен­ ности стало ясно тогда, когда появилась необходимость обжига на керамзит разнотипных глинистых пород с достижением высоких коэффициентов вспучивания материала.

Опыт эксплуатации однобарабанных печей показывает, что со­ здать в них требуемый режим обжига керамзита, отвечающий про­ цессу оптимального вспучивания, не представляется возможным. Материал в этих печах во всех технологических зонах движется с одинаковой скоростью, нагревается относительно постепенно, без технологически необходимого теплового удара, обороты печи одииакосы, коэффициент загрузки увеличивается там, где он должен быть меньше (в зоне вспучивания). Поэтому раздельно регулиро­

цесса — тепловую обработку материала при относитель­ но низких температурах и вспучивание при высоких тем­ пературах.

В двухбарабанной печи зона основного нагрева ма­ териала и сам процесс его вспучивания совпадают с зо­ ной горения форсуночного топлива и длиной факела его горения, что позволяет резко повысить эффективность короткого барабана как теплового аппарата, например, вести процесс при более высокой температуре горения топлива; максимально повысить эффективность теплопе­ редачи за счет наиболее эффективного ее вида — луче­ испускания— и понизить удельное значение конвекции и теплопроводности; повысить эффективность теплопере­ дачи за счет более высокой разницы между температу­ рой горения факела топлива и температурой материала, улучшить экономический потенциал и газовый режим печи за счет сокращения избытка воздуха для горения топлива с более высокой температурой факела.

С учетом опыта эксплуатации действующих на ряде заводов двухбарабанных печей с годовой производитель­ ностью 125 тыс. м3 ВНИИстромом предложена новая модернизированная двухбарабанная печь производи­ тельностью 100 и 200 тыс. м3.

Для регулирования оборотов вращающихся печей и скорости передвижения в них материала используют спе­ циальный гидропривод — универсальный регулятор ско­ рости (УРС), позволяющий в большом диапазоне плав­ но изменять число оборотов ведомого вала в обоих на­ правлениях при постоянном направлении вращения и постоянном числе оборотов вала электродвигателя и останавливать исполнительный механизм без останов­ ки электродвигателя.

УРС состоит из гидронасоса и гидромотора. Вал гид­ ронасоса соединяется с валом электродвигателя и имеет постоянную скорость, а вал гидромотора — с механиз­ мом, скорость и направление движения которого необхо­ димо изменять.

По способу соединения гидронасоса с гидроприводом различают три исполнения регулятора скорости: нераз­ дельное, раздельное и комбинированное. УРС нераздель­ ного исполнения имеет непосредственное соединение гид­ ронасоса с гидромотором в одном блоке. В УРС раз­ дельного исполнения гидронасос соединяется с гидромо­ тором при помощи сообщительных трубопроводов, что

позволяет располагать гидромотор в удалении от гид­ ронасоса. УРС комбинированного исполнения состоит из одного гидронасоса и двух гидромоторов, соединенных с гидронасосом сообщительными трубопроводами. Воз­ можно местное, дистанционное и автоматическое управ­ ление УРС.

Большой диапазон регулирования скоростей, ком­ пактность, простота управления, плавность изменения передаточного числа с реверсом и надежная работа хо­ рошо зарекомендовали этот механизм уже во многих отраслях промышленности.

В последние годы идея ступенчатого обжига керам­ зита получает все большее признание и распростране­ ние. Без ссылки на советские источники, опубликован­ ные с опережением на 10 лет, начинают появляться ис­ следования в этой области и за рубежом.

Широко внедряются и предложенные нами двухбара­ банные печи. Они установлены, в частности, на керамзи­ товых предприятиях Дании, Норвегии, ФРГ, Англии, Швейцарии и др. (см. гл. 6). Конструкция этих печей включает два барабана: барабан предварительной теп­ ловой подготовки длиной 29 м, диаметром 2,5 м и бара­

5,5 об/мин. Производительность печи при обжиге сырья с влажностью 25 % около 100— 150 тыс. м3 в год.

Однобарабанные печи с порогами. Задачи повышения вспучиваемости вызвали необходимость разработки тех­ нических решений и режимов по рационализации обжи­ га керамзита в однобарабанных печах. Значительно позднее к аналогичным выводам пришли и зарубежные специалисты, публикации которых по этому вопросу по­ явились лишь в 60-х годах.

Одним из первых обратил на это вним анием .Ф .П ер ­ сон. В своей работе «Основы проектирования вращаю ­ щихся печей для производства легких заполнителей» он подтвердил прогрессивный характер ступенчатого прин­ ципа термообработки и двухбарабанных печей и пред­ ложил модернизировать также и обжиг керамзита в оДнобарабанных печах путем устройства порогов, квадран­ тов и т. д., что позволяет повысить их технологическую и тепловую эффективность. Ом также считает полезным устраивать пороги и квадранты и в барабане тепловой подготовки двухбарабаниых вращающихся печей.

Технологическая обоснованность устройства порогов (рис. 47) в однобарабанной печи обусловливается появ­ ляющейся при этом возможностью замедлить за счет на­ копления сырца быстрое прогревание материала в зоне подогрева и приблизить кривую обжига керамзита к сту­ пенчатому виду. Повышение же тепловой эффективности печи достигается за счет увеличения площади теплопе­ редачи и времени тепловой обработки материала.

В Советском Союзе велись исследования режимов обжига керамзита с применением порогов в 40-, 22- и 18-метровых однобарабанных печах. И. А. Биндлер,

A.В. Лифшиц и Е. Ш. Шейнман, Л. С. Бурлакова, B. П. Горных и др.'установили, что применение порогов создает наибольшее приближение к двухступенчатой схе­ ме термообработки в условиях однобарабанной печи, по­ нижает температуру до порога и теплоконцентрацию за

порогом. При этом расход теплоты на обжиг сокращ ает­

ности керамзита и повышение его прочности. Сравни­

тельные кривые обжига керамзита, по И. А. Блиндлеру, приведены на рис. 48.

Сжигание топлива во вращающихся печах. Рацио­ нальное сжигание топлива при обжиге керамзита во вращающихся печах предусматривает: оптимальную длину, расположение и форму факела горения; сгорание топлива по всей длине факела; эффективную отдачу теп­ лоты, развиваемой факелом, материалу и футеровке; нормальный избыток воздуха, подаваемого в печь.

Для обжига керамзита применяют газообразное или жидкое топливо: первое, главным образом, в виде при­ родного или городского газа с теплотой сгорания около 21 000—35700 кДж/м3, второе в виде мазута и иногда солярового масла с теплотой сгорания около 37 800— 420000 кДж/кг.

Жидкое топливо сперва подогревают в мазутохранилищах до 40—45 °С, что на 5— 10°С превышает темпера­ туру его застывания, а перед поступлением в печь — в питательных баках до 75—90 °С.

Важнейший фактор, характеризующий сжигание топ­ лива,— объемная скорость горения во вращающейся пе­ чи, представляющая собой ее тепловое напряжение, определяемое как частное от деления тепловой мощно­ сти печи на объем топочного пространства. В среднем она равна 1260 000 кД ж /(м 3-ч). Чем больше объем то­ почного пространства, где происходит сгорание топлива, тем ниже объемная скорость горения, и наоборот.

Для сжигания мазута применяют комбинированные воздушно-механические мазутные форсунки, выполнен­ ные в виде трубы диаметром около 60 мм со стержнем, один конец которого связан с маховиком, а на другой навинчивается головка форсунки с гнездом для конусо­ образного распылителя с витками, через которые прохо­ дит мазут к выходному отверстию диаметром 1—3,5 мм. Изменением крутизны витков и размеров выходного от­ верстия распылителя можно регулировать количество подаваемого в печь мазута, форму и длину факела горе­ ния. Каждая форсунка должна иметь комплект распы­ лителей с различной крутизной витков и разными раз­ мерами выходных отверстий, которые по мере надобно­ сти могут быть использованы для подбора и регулирова­ ния режима обжига. Давление топлива перед форсункой в зависимости от ее конструкции 0,3—2,5 МПа (рис. 49).

Количество первичного воздуха при сжигании мазута,

Рис. 49. Форсунка для сжига­ ния жидкого топлива во вра­ щающихся печах

подаваемого к форсунке со скоростью 15—20 м/с, со­ ставляет 30—35 %• Подвод первичного воздуха непо­ средственно через форсунку обусловливает короткий бесцветный факел горения. Длинный светящийся факел получается при относительно грубом распылении мазута, больших скоростях вылета из форсунки и небольших из­ бытках воздуха. Как правило, через форсунки надо по­ давать минимальное количество первичного воздуха с тем, чтобы использовать для сгорания топлива макси­ мальное количество вторичного воздуха, подогретого за счет остывания керамзита. Форсунки обязательно долж­ ны быть изолированы от влияния третичного воздуха (прососов). Воздух для распыления мазута применяют как с низким, так и с высоким давлением.

Форсунки монтируют так, чтобы их можно было пе­ редвигать в любом направлении, вдвигать в топку или выдвигать из нее. При этом форму пламени следует из­ менять, не нарушая режим подачи топлива и воздуха.

При газообразном топливе легче поддерживать не­ обходимую температуру и характер пламени. В отличие от форсунок для сжигания жидкого топлива устройства для сжигания газообразного топлива называют газовы­ ми горелками. Их следует размещать несколько ниже оси печи, так как газ имеет тенденцию подниматься.

В газовой горелке газ и воздух смешиваются перед сжиганием в печи. При применении дутьевых горелок, в которых газ и воздух смешиваются лишь частично, полное смешение достигается в печи. Во вращающихся печах керамзитового производства чаще всего приме­ няются горелки среднего давления (от 0,005 до 0,3 МПа) и реже низкого давления (до 0,005 М Па). Горелка обыч­ но представляет собой две концеитрично расположенные

Рис. 50. Газовые горелки среднего давления для вращающихся печей

трубы, по внутренней подается газ, а по наружной — воздух. Для лучшего смешения газ с воздухом подают иногда не по одной, а по нескольким трубам, в зависи­ мости от этого горелки подразделяют на односопловые и миогосопловые.

На рис. 50, 51 показаны схемы применяемых в на­ стоящее время газовых горелок для печей длиной 40 и

22 м, рекомендованных НИИкерамзитом и ВНИИстромом.