Способ кальцинации минералов



Способ кальцинации минералов
Способ кальцинации минералов
Способ кальцинации минералов

 


Владельцы патента RU 2516431:

Закрытое акционерное общество "Концерн "Струйные технологии" (RU)

Изобретение относится к обжигу минералов. Способ включает подачу кальцинируемой породы в вертикальную шахту сверху вниз, подачу газов с образованием теплообменных зон вдоль движения породы - зоны нагрева, противоточной зоны кальцинации, поточной зоны кальцинации, зоны охлаждения. Охлаждающий воздух подают в нижнюю часть шахты. На границе зоны охлаждения и поточной зоны кальцинации из шахты осуществляют забор газов, создающий разрежение, обеспечивающее движение охлаждающего воздуха вверх. Эжектируемый при заборе газов из шахты охлаждающий воздух, смешанный с продуктами горения топлива и разложения кальцинируемой породы, подают на уровень подачи топлива на границе поточной и противоточной зон кальцинации. Продукты горения топлива разделяют на часть, движущуюся вниз вдоль поточной зоны кальцинации к уровню забора газов из шахты, и на часть, движущуюся вверх вдоль противоточной зоны кальцинации и зоны нагрева. Коэффициент рециркуляции, равный отношению расхода охлаждающего воздуха к расходу забираемого из шахты газа, составляет более 1,05. Достигается увеличение выхода годного, степени диссоциации продукта кальцинации. 3 ил.

 

Способ относится к области кальцинации минералов (высокотемпературному разложению - обжигу), в том числе диссоциации известняков.

Известно большое семейство способов кальцинации минералов на базе одношахтных печей обжига известняка (А.В. Монастырев. Производство извести. М., «Высшая школа», 1971 г.), содержащих шахту печи, загрузочное и выгрузочное устройства, газовоздушные горелки системы отопления, газораспределительное (ГРУ) и воздухораспределительное (ВРУ) устройства для приготовления горючей смеси, напорный вентилятор подачи воздуха охлаждения, дымосос отбора продуктов сгорания, соответствующие трубные проводки. В этих способах порода под действием гравитации опускается по шахте вниз, газы различного генезиса под действием тяго-дутьевого оборудования поднимаются навстречу породе вверх. В процессе этого движения охлаждающей воздух, подаваемый снизу в зону охлаждения напорным вентилятором, сначала охлаждает готовый известняк, сам при этом нагреваясь, затем, подогретый, поступает в зону обжига. Вместе с воздухом на горение, поступающим от ВРУ, он участвует в сжигании газа, поступающего от ГРУ, в результате чего образуются продукты сгорания (CO2, N2, и H2O), которые, обмениваясь теплом с шихтой в зоне обжига приводят к кальцинации минералов, в том числе к диссоциации известняка по реакции CaCO3=CaO+CO3. Пополнившись горячими газами от высокотемпературного разложения минералов (при диссоциации известняка - CO2), отходящие печные газы нагревают поступающую на обжиг породу в зоне подогрева, а затем отбираются дымососом и через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу или используются в технологических процессах.

Применительно к обжигу известняка способы кальцинации минералов на базе одношахтных печей имеют хорошо известный набор недостатков:

- разброс камней известняка по размерам приводит к недожогу крупных камней и пережогу мелких. Устранение этого недостатка дроблением камней с их сортировкой и послойной загрузкой резко усложняет и удорожает технологический процесс;

- трудности с равномерным распределением камней различного размера по поперечному сечению печи приводят к концентрации крупных камней у внутренней поверхности стен печи, в результате чего часть газа из периферийных горелок, установленных на стенках печи, устремляется вверх вдоль стен печи и не участвует в горении, что увеличивает расход газа, ухудшает качество обжига в приосевой области печи, ухудшает экологическую обстановку. Устранение этого недостатка применением сложных загрузочных устройств с поворотными лотками и различными рассекателями, резко усложняет и удорожает технологический процесс;

- ограниченная глубина проникновения продуктов сгорания периферийных горелок вглубь породы (не более 1 м) и замещение их воздухом охлаждения приводит к плохому обжигу породы в приосевой области печи и к резкому падению эффективной производительности печи из-за большого количества недожога. Падение эффективной производительности печи объясняется тем, что нагрев породы в приосевой области осуществляется только лучистым нагревом от стен печи и от прилежащих к стенам слоев породы, причем только с той стороны кусков, которые обращены к стенам печи, так как кондуктивным теплообменом между кусами породы можно пренебречь из-за точечного характера контакта между ними, а конвективный обмен отсутствует из-за низкой температуры газов в приосевой области печи. Так как время прогрева куска пропорционально квадрату его размера (http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/2526/Температурные), то эффективное время прогрева породы в приосевой области по порядку величины в 4 раза меньше, чем в периферийной области печи, где прогрев идет со всех стороны до центра куска (на величину его радиуса), а не от края до края на величину диаметра, как в приосевой области. Поэтому, для лучшей проработки породы в приосевой области шахтной печи приходится понижать ее производительность. Устранение этого недостатка применением горелок с высовом, балочных горелок, центральных горелок, газораспределительных кернов, и т.д. резко усложняет и удорожает технологический процесс;

- высокая жаропроизводительность природного газа (около 2010°C) требует сильного разбавления продуктов сгорания во избежание спекания породы и образование приваров и, так называемых, «козлов», что приводит к увеличенному расходу воздуха и увеличению капитальных затрат и эксплуатационных расходов;

- склонность к спеканию доломитизованных и глинистых известняков при обжиге их в шахтной печи, образование приваров и, так называемых, «козлов» существенно ограничивает возможность использования шахтных печей для этих целей. Подготовка глинистых известняков к обжигу в шахтной печи путем соответствующей подготовки шихты (промывки и сушки) резко усложняет и удорожает технологический процесс.

Известно большое семейство способов кальцинации минералов на базе вращательных печей (А.В. Монастырев. Производство извести. М., «Высшая школа», 1971 г.), содержащих шахтный подогреватель с устройством загрузки, шахтный холодильник с устройством выгрузки, и вращательную печь зоны обжига, а также газовоздушные горелки системы отопления, газораспределительное (ГРУ) и воздухораспределительное (ВРУ) устройства для приготовления горючей смеси, напорный вентилятор подачи охлаждающего воздуха, дымосос отбора продуктов сгорания, соответствующие трубные проводки. Порода загружается в шахтный подогреватель, где в противотоке с горячими печными газами нагревается (газы охлаждаются) и нагретая поступает во вращательную печь зоны обжига. Во вращательной печи порода участвует в двух движениях - поступательном от входа к выходу, а также поднимается при вращении печи до определенной высоты, обусловленной углом естественного откоса породы, и ссыпается вниз. В результате происходит перемешивание породы во время ее пребывания во вращательной печи. Продукты сгорания газа из ГРУ с воздухом из ВРУ, и с подогретым воздухом из шахтного холодильника, распространяются над породой, нагревая породу и стенки печи, тепло которых приводит к кальцинации минералов (диссоциации известняка на известь и диоксид углерода). Кальцинированный материал (обожженная известь) поступает в шахтный холодильник, где в противотоке с охлаждающим воздухом охлаждается (воздух нагревается) и поступает в выгрузочное устройство.

В случае диссоциации известняков вращательные печи позволяют обжигать известняк в широком диапазоне размеров камня, и в них не образуется «козлов» (хотя привары и намазы образуются все равно), но при этом они обладают широким спектром собственных недостатков, именно:

- высокая жаропроизводительность природного газа (около 2010°C) требует сильного разбавления продуктов сгорания во избежание спекания породы и образование приваров и намазов, что приводит к увеличенному расходу воздуха и увеличению капитальных затрат и эксплуатационных расходов;

- у вращательных печей больше расход газа и воздуха, чем у шахтных печей, и велик пылеунос, что требует установки мощных пылеулавливающих установок;

- в процессе перемешивания породы происходит ее расслоение по размерам, так что мелкая фракция собирается внутри вращающейся породы (так называемы «эффект почки») и экранируется от горячих газов и стен печи более крупной породой, что приводит к значительному недожогу.

Известен поточно-противоточный регенеративный (ППР) способ кальцинации минералов (http://www.maerz.com/incRU.php?show=proDucts_pfrkilns) на базе двухшахтиых печей.

Для печей данного типа характерно наличие двух вертикальных шахт, связанных между собой переходным каналом. Это делает возможным нагревание в прямотоке в одной шахте (то есть, движение известняка и газообразных продуктов сгорания осуществляется параллельными потоками), и регенеративный подогрев известняка во второй шахте смесью газообразных продуктов сгорания и охлаждающего воздуха. Известь непрерывно выгружается из под днищ обеих шахт. Топливо в любой момент времени подается только в одну из двух шахт. При этом вторая шахта служит в качестве несжигающей шахты или шахты отходящего газа. Топливо подается через многочисленные фурмы-горелки, расположенные вертикально в материале в зоне предварительного подогрева. Нижние концы трубных фурм отмечают конец зоны предварительного подогрева и начало зоны обжига. Топливо добавляется через эти трубные фурмы и равномерно распределяется по поперечному сечению шахты. Воздух для сжигания подается под давлением в верхний конец зоны предварительного подогрева над слоем материала. Вся система печи находится под давлением. Воздух для сжигания предварительно подогревается камнем в зоне предварительного подогрева, являющейся регенератором, перед его смешиванием с топливом у концов фурм. Топливо сгорает в прямом контакте с обжигаемым материалом, газы от сжигания и материал проходят зону обжига сверху вниз (нагрев в прямотоке). Отходящие газы перетекают через переходный канал из сжигающей шахты в несжигающую шахту, где они поднимаются вверх в противотоке с материалом. Отходящие газы передают свое тепло загруженному материалу в противоточной шахте и, таким образом вносят небольшой вклад в процесс кальцинации. Через каждую шахту в течение периодов времени приблизительно 12-15 минут проходят обжигающий и обратный потоки. Переключение с обжигающей шахты на шахту отходящего газа называется реверсированием. В течение всего периода обжига обожженная известь непрерывно выгружается из обеих шахт в герметичные бункеры с помощью разгрузочных столов. Охлаждающий воздух непрерывно подается в днище обеих шахт с целью снижения температуры обожженного продукта перед тем, как поступит в разгрузочный бункер. Во время периодов реверсирования, когда в печи сбрасывается давление, обожженный продукт выгружается из бункеров, расположенных под разгрузочными столами, в общий бункер, размещенный снизу, откуда далее транспортируется посредством вибропитателей и ленточных конвейеров.

Недостатком этого способа является большие капитальные и эксплуатационные затраты, и низкая надежность трубных фурм подачи топлива из-за их абразивного износа. Большие капитальные затраты обусловлены наличием двух шахт. Для того, чтобы получить у одношахтиой печи ту же производительность, что и у двухшахтной, необходимо при одинаковой высоте всех шахт увеличить поперечное сечение одношахтной печи вдвое по сравнению с поперечным сечением шахт двухшахтной печи. Пусть шахты двухшахтной печи имеют высоту II, диметр рабочего пространства D, и толщину стенок h. Тогда объем, заполняемый строительными материалами по стенкам шахт равен Vd=2(π(D+2h)2/4-πD/4)Н=πh(2D+0,5h). Для одношахтной печи той же производительности объем, заполняемый строительными материалами по стенкам шахты равен Vs=(π(21/2D+2h)2/4-πD2/4)H=πh(21/2D+h). Объем материалов шахт двухшахтной печи относительно объема материалов одношахтной печи составит Е=100%(Vd-Vs)/Vs=100%((2+0,5(h/D))/(21/2+h/D)-1). Для печей большой производительности (а двухшахтные печи всегда имеют большую производительность) h/D<0,1 и этим отношением можно пренебречь, так что Е≈40%. А еще необходимо учесть материалы идущие на боров, соединяющий две шахты, так что двухшахтная печь почти в полтора раза более материалоемкая, чем одношахтная той же производительности. Высокие эксплуатационные расходы объясняются необходимость прокачивать большие объемы воздуха по удвоенному, по сравнению с одношахтной печью, пути, так что типичный перепад давлений для этого способа равен 40 кПа. В сочетании с колоссальными объемами прокачиваемого воздуха это приводит к большому расходу электроэнергии. Кроме того, существует необходимость частой замены быстроизнашивающихся от абразивного износа фурм-горелок.

Известен способ кальцинации на основе кольцевых печей (http://www.maerz.com/downloads/products/flyer_annular.pdf). Способ основан на использовании во внутренней полости печи цилиндра, ориентированного по ее вертикальной оси. Внутренняя полость этого цилиндра является каналом для организации воздушных и тепловых потоков и отвода отработанных газов. Печь оборудована двумя рядами периферийных горелок, инжектором, дымососом, напорным вентилятором. Порода движется сверху вниз, охлаждающий воздух и отходящие газы движутся в целом снизу вверх, но сложными путями. Если проследить путь газов от напорного вентилятора, то сначала охлаждающий воздух из напорного вентилятора поступает в нижнюю часть печи (зону охлаждения) где в противотоке с готовым продуктом охлаждает его, сам при этом нагреваясь. В районе газозаборных отверстий внутреннего цилиндра печи это воздух встречается и смешивается с газами, идущим сверху вниз из слоя, соответствующего нижнему ярусу горелок. Эти газы представляют собой смесь продуктов сгорания и продуктов разложения породы, так что в газозаборные отверстия внутреннего цилиндра засасывается смесь воздуха, продуктов сгорания и продуктов разложения породы. Эти газы проходят по полому газоходу внутреннего цилиндра печи под действием эжектора, высасывающего их из верхней части внутреннего цилиндра и впрыскивающего в горелки нижнего яруса в качестве окислителя. Топливо в горелках нижнего яруса сгорает с этим забаластированным окислителем при относительно низких температурах, так что продукты сгорания, двигаясь в прямотоке породе от горелок нижнего яруса к газозаборным отверстиям внутреннего цилиндра, способствуют завершению процесса кальцинации без пережога породы. Часть продуктов сгорания горелок нижнего яруса вместе с частью воздуха охлаждения под действием дымососа движутся вверх в противотоке породе. Достигнув горелок верхнего яруса эта смесь обеспечивает горение топлива в этих горелках, а затем продукты сгорания в противотоке породе отсасываются дымососом и подаются в систему газоочистки. Движение породы внутри печи происходит по внутреннему объему между внутренней поверхностью наружного корпуса печи и внутренним цилиндром, имеющему поперечной сечение в виде кольца. Порода движется вниз через шахту и нагревается противотоком отходящих печных газов в зоне предварительного нагрева. Предварительно нагретая порода затем обжигается в двух зонах обжига в противотоке и одной - в прямотоке. Верхняя зона обжига в противотоке простирается от верхнего края внутреннего цилиндра до верхнего яруса горелок. Следующая зона обжига в противотоке располагается между верхними и нижними ярусами горелок. Наконец, зона обжига в прямотоке располагается между нижним ярусом горелок и газозаборными отверстиями внутреннего цилиндра. В нижней части зон обжига в противотоке кальцинации порода диссоциирована лишь частично, т.е. высокие температуры нижних камер сгорания не приводят к пережогу материала. Окончательной диссоциации породы не происходит, пока она не достигнет зоны обжига в прямотоке. Продукт кальцинации охлаждается противотоком холодного воздуха, поступающего снизу печи и просасываемого через зону охлаждения дымососом. Потом она выгружается из печи в накопительный бункер. Печь работает при отрицательном давлении (разрежении). Дымосос всасывает холодный воздух снизу печи и удаляет отходящие газы из шахты из верхней части печи, создавая противоток в зоне охлаждения, верхней зоне обжига и в зоне предварительного подогрева. Расположенные снаружи эжекторы Вентури работают в качестве струйных насосов, которые высасывают продукты сгорания из зоны обжига в прямотоке вместе с охлаждающим воздухом через газозаборные отверстия в нижней части внутреннего цилиндра. Печные газы и охлаждающий воздух смешиваются во внутреннем цилиндре, вытекаю! через его верхнюю часть и затем возвращаются в горелки нижнего яруса.

Недостатком данного способа является необходимость в больших капитальных затратах и в высоких эксплуатационных расходах при его реализации. Это обусловлено необходимостью устанавливать жаропрочный внутренний цилиндр в самой теплонапряженной области печи, что, во-первых, требует собственных капитальных затрат, во-вторых, увеличивает затраты на строительство шахты печи, так как из-за наличия внутреннего цилиндра ее размеры существенно увеличиваются, в-третьих, обслуживание внутреннего цилиндра возможно только при полной остановке и охлаждении печи, что является крайне дорогостоящей процедурой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, реализованный в шахтной печи для обжига кускового материала (RU 24275 U1, 27.07.2002). В этом способе используется шахтная печь для обжига кускового материала, содержащая зону подогрева, зону обжига в противотоке и прямотоке, в которой продукты горения пересекают шахту печи в прямотоке или в противотоке с движущимися сверху вниз обжигаемым материалом, зону охлаждения, в которой входящий снизу охлаждающий воздух движется вверх, периферийные и центральную, расположенную вертикально по оси печи с выходным устьем снизу и подводом в верхнюю часть топлива и кислородосодержащих газов, горелки, отличающаяся тем, что выходное устье центральной горелки расположено в верхней части прямоточной зоны обжига.

Недостатком этого способа является низкая надежность, обусловленная наличием центральной горелки, работающей в тяжелых условиях высоких температур и абразивного износа. Кроме того, центральная горелка и обслуживающая ее трубопроводная арматура существенно перекрывают отверстие, сквозь которое засыпается кальцинируемая порода, что требует значительного усложнения конструкции печи в этой зоне. Надо, также отметить, что в процессе замены центральной горелки надо останавливать печь, а потом снова запускать, что приводит к циклическим перепадам температуры в печи, сокращающим срок ее службы. Из-за того, что центральная горелка занимает приосевую зону в верхней части печи, снижается процент выхода годного продукта кальцинации и степень его диссоциации, так как процессы диссоциации начинаются еще в зоне подогрева.

Основной задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание способа кальцинации минералов, позволяющего увеличить процент выхода годного продукта кальцинации и степень его диссоциации, упростить конструкцию печи, особенно в части загрузочного устройства, облегчить условия работы горелок печи, исключить циклические перепады температур в печи, увеличить надежность печи.

Поставленная цель достигается тем, что в процессе кальцинации выдерживается определенное соотношение между подводимым в верхнюю часть печи количеством кислородосодержащих газов (окислителем) и входящим снизу печи охлаждающим воздухом. При достижении отношения расхода окислителя к расходу охлаждающего воздуха значения универсальной для газовых шахтных печей константы, равной 1,05, происходит переход количественных изменений соотношения расходов в качественное - полное исчезновение приосевой зоны непроработанного кальцинируемого материала. На фиг. 1 представлен пример печи, реализующий данный способ кальцинации.

Печь содержит шахту 1, установленное на верхнем срезе шахты загрузочное устройство с загрузочным бункером 2, пристыкованное к нижнему срезу шахты разгрузочное устройство 3 с приемным бункером 4, напорный вентилятор 5, пристыкованный к разгрузочному устройству 3 под шахтой 1, дымосос 6, вход которого пристыкован к кольцевому коллектору (не показан), объединяющему газоотводные патрубки забора отходящих газов 7, установленные в шахте 1, форсунки для подачи в рабочий объем печи топлива 8, подключенные к системе подачи топлива (не показана), форсунки для подачи в рабочий объем печи кислородосодержащих газов (окислителя) 9, объединенные кольцевым коллектором (не показан) и установленные в шахте 1, причем форсунки подачи топлива 8 установлены внутри форсунок подачи окислителя 9 так, что вместе они выполняют роль горелок, эжектор Вентури 10, к всасывающему входу которого подсоединен кольцевой коллектор (не показан), собирающий окислитель через газоотводные патрубки 11, установленные в шахте 1, к входу рабочего тела эжектора 10 присоединен компрессор 12, а выход эжектора 10 присоединен к кольцевому коллектору (не показан), объединяющему форсунки подачи окислителя 9.

Печь работает следующим образом. Кальцинируемая порода движется внутри шахты 1 сверху вниз от загрузочного устройства 2 до приемного бункера 4 со скоростью, определяемой темпом работы разгрузочного устройства 3. Охлаждающий воздух с помощью напорного вентилятора 5 подается в нижнюю часть шахты через разгрузочное устройство 3. Под действием разрежения, создаваемого эжектором 10, этот воздух поднимается вверх навстречу движению продукта кальцинации, охлаждая его и, соответственно, нагреваясь за счет усвоения отобранного от продукта тепла. На уровне расположения газоотводных патрубков 11 забора окислителя, образующегося в результате смешения подогретого охлаждающего воздуха с продуктами горения и разложения, опустившимися до этого уровня от уровня ввода в рабочий объем печи топлива и окислителя, определенная его доля под действием разрежения, создаваемого эжектором 10, поступает в кольцевой коллектор, объединяющий эти патрубки. Рабочее тело эжектора 10 (воздух), которое поступает в пего от компрессора 12, увлекает окисли гель, в кольцевой коллектор подачи окислителя, откуда через форсунки подачи окислителя 9 он поступает в рабочее пространство шахты 1. Вместе с окислителем по форсункам подачи топлива 8 в рабочий объем шахты 1 подается топливо. Топливо сгорает, реагируя с окислителем, продукты горения частично опускаются вниз к газоотводным патрубкам 11, частично поднимаются вверх к газоотводным патрубкам 7 под действием разрежения, создаваемого дымососом 6. Так как окислитель существенно забалластирован продуктами сгорания и разложения, то процесс горения затянут и идет в плотном слое над и под уровнем расположения форсунок подачи окислителя 9, обеспечивая мягкий обжиг породы без пережога. По мере продвижения вверх продукты горения и разложения отдают свое тепло движущейся вниз породе, нагревая ее, и охлаждаясь до приемлемых температур. В верхней части шахты 1 отходящие газы поступают через газоотводные патрубки 7 в кольцевой коллектор и далее через дымосос 6 поступают в систему газоочистки.

Описанная газодинамическая схема обеспечивает наличие в печи нескольких зон сверху-вниз: зона подогрева породы - в верхней части печи от уровня расположения газоотводных патрубков забора отходящих газов до уровня окончания зоны обжига в противотоке; зона обжига в противотоке - над уровнем расположения форсунок подачи окислителя и топлива до уровня окончания зоны обжига в противотоке; зона обжига в прямотоке - под уровнем расположения форсунок подачи окислителя и топлива до уровня расположения газоотводных патрубков забора окислителя в нижней части печи; зона охлаждения - под уровнем расположения газоотводных патрубков забора окислителя до разгрузочного устройства.

Аналитические расчеты, компьютерное моделирование и натурные эксперименты показывают, что при отсутствии рециркуляции газов в зоне обжига в прямотоке, или при ее недостаточной интенсивности воздух охлаждения выше зоны охлаждения смещается к приосевой области, вытесняя горячие газы на периферию печи. В результате приосевая зона остается непроработанной.

На фиг. 2 приведена полученная методом математического моделирования зависимость относительной площади непроработанной приосевой зоны f=Fc/F от коэффициента рециркуляции q=Q2/Q1 (отношения расхода откачиваемого окислителя к расходу охлаждающего воздуха). Моделирование показывает, что с увеличением коэффициента рециркуляции в шахте печи, не имеющей никаких внутренних устройств, площадь сечения непроработанной приоеевой зоны уменьшается. При q≥1,05 непроработанная приосевая зона исчезает.

На фиг. 3 приведены линии тока газовою потока в шахте печи при двух значениях коэффициента рециркуляции (q=0.8 и 1.3). Па фиг. 3 (а) видно, что при коэффициенте рециркуляции q=0,8 в центре шахты остается значительная по площади непроработанная приосевая зона. На фиг. 3 (б) показано, что при q=1,3 приосевая зона полностью занята потоком горячих рециркуляции газов, истекающих из горелок, расположенных на боковых стенках печи.

Необходимо отметить, что в обычной противоточной шахтной печи, где не применяется откачка эжекторами и рециркуляция, получение картины потоков, подобной фиг.3 (б), принципиально невозможно ввиду того, что весь охлаждающий воздух поднимается вверх по шахте печи и попадает в зону обжига, занимая значительную долю сечения шахты вблизи ее оси.

Это хорошо известный эффект, который и вызвал к жизни великое множество технических решений, направленных на преодоление его последствий, как-то: центральные горелки, горелки с высовом, балочные горелки, пиковые горелки двухшахтных поточно-противоточных регенеративных печей, газораспределительные керны, кольцевые печи и т.д., резко усложняющие строительство и эксплуатацию печей, снижающие процент выхода годного материалы и степень его диссоциации. Результаты математического моделирования, приведенные на фиг. 2, 3, показывают, что полная проработка сечения шахты происходит не только в печах, имеющих внутри шахты сложно устроенные огнеупорные конструкции, но и в шахте без внутренних устройств, при условии правильного выбора коэффициента рециркуляции. Использование рециркуляции газов позволяет реализовать эффективные и гибко управляемые газодинамические схемы, позволяющие решить задачу прогрева приосевой зоны, а также уменьшить температуру горения топлива и затянуть во времени процесс горения, что позволяет обеспечить полный мягкий обжиг породы. В зависимости от соотношения объема охлаждающего воздуха Q1, поступающего в зону охлаждения, и объема окислителя Q2, забираемого из-под зоны обжига в прямотоке и подаваемого на границу между зоной обжига в прямотоке и зоной обжига в противотоке, можно реализовать широкий диапазон работы печи от режима обычной шахтной противоточной печи при q=Q2/Q1<<1, до полного замещения зоны обжига в прямотоке томильной зоной (характеризующейся отсутствием движения газов) при q~1. И если в режиме обычной противоточной шахтной печи приосевая зона не прорабатывается, то, например, в томильной зоне предлагаемой печи не только происходит усвоение внутренними слоями породы тепла, запасенного внешними слоями, но и отсутствует градиент температур между различными слоями газа в связи с отсутствием движения газов.

Технический результат, достигаемый предложенным способом кальцинации минералов заключается в увеличении процента выхода годного продукта кальцинации и степени его диссоциации, упрощении конструкции печи, особенно в части загрузочного устройства, облегчении условий работы горелок печи, исключения циклические перепадов температур в печи, увеличении надежности печи.

Способ кальцинации минералов, включающий подачу кальцинируемой породы в вертикальную шахту сверху вниз, подачу газов с рециркуляцией, обеспечивающей образование четырех теплообменных зон вдоль движения породы сверху-вниз - зоны нагрева породы, противоточной зоны кальцинации, поточной зоны кальцинации и зоны охлаждения продукта кальцинации, при этом охлаждающий воздух подают в нижнюю часть вертикальной шахты под давлением, обеспечивающим его движение вверх, на границе зоны охлаждения и поточной зоны кальцинации через отверстия во внешней стенке шахты из пристеновой области шахты осуществляют забор газов, создающий разрежение на данном уровне, обеспечивающее движение охлаждающего воздуха вверх, эжектируемый при заборе газов из шахты охлаждающий воздух, смешанный с продуктами горения топлива и разложения кальцинируемой породы, в виде забалластированного окислителя по системе наружных газоходов подают на уровень подачи топлива на границе поточной и противоточной зон кальцинации, где он сгорает с подаваемым на этот же уровень топливом, топливо и окислитель подают в пристеновую область шахты через отверстия во внешней стенке шахты, при этом продукты горения топлива разделяют на часть, движущуюся вниз вдоль поточной зоны кальцинации к уровню забора газов из шахты, и на часть, движущуюся вверх вдоль противоточной зоны кальцинации и зоны нагрева в результате разрежения вверху шахты, отличающийся тем, что осуществляют регулирование расхода забираемого из шахты газа и расхода охлаждающего воздуха таким образом, что коэффициент рециркуляции, равный отношению расхода охлаждающего воздуха к расходу забираемого из шахты газа, составляет более 1,05.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обжигу кусковых материалов в шахтных печах. Шахтная печь для осуществления способа согласно изобретению содержит зону обжига по меньшей мере с одним копьем горелки, а также устройство для добавления средства для сокращения содержания NOx, образующегося в процессе производства.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к загрузочной установке шахтной печи. Устройство содержит опорно-поворотное устройство, поддерживающее распределительный лоток с возможностью вращения вокруг вертикальной оси вращения, и закрепленную конструкцию, поддерживающую опорно-поворотное устройство.

Изобретение относится к области энерготехнологий, в частности, промышленных печей и котельных агрегатов. Способ включает задание требуемого давления в рабочем пространстве агрегата, измерение давления в рабочем пространстве агрегата, сравнение измеренного значения с заданным и формирование управляющего воздействия на шибер или заслонку в дымовом тракте.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к холодильной плите для металлургической печи. Холодильная плита содержит корпус с передней стороной, противоположной задней стороной, четырьмя боковыми гранями и по меньшей мере одним внутренним охлаждающим каналом.

Изобретение относится к шахтным газовым печам для обжига кускового материала, например известняка. Шахтная печь включает футерованную шахту с зонами подогрева, обжига и охлаждения.

Изобретение относится к технологии производства сахара, а именно к оборудованию по получению сатурационного газа, используемого для очистки диффузионного сока, и может найти применение при получении извести в шахтных печах в промышленности строительных материалов, химической и металлургической промышленности.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для охлаждения узлов металлургической печи. .

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к способу вдувания угольной пыли в доменную печь. .

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения строительных плит, бетонов, ксилолитовых изделий, фибролита, строительных пено- и газоматериалов, растворов для штукатурных работ.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к пушке для заделки летки металлургической печи. Пушка содержит силовой цилиндр для приема закупоривающей массы и закупоривающий поршень для вытеснения закупоривающей массы из мундштука силового цилиндра, прижатого к выпускному отверстию печи. Силовой цилиндр содержит трубу цилиндра со вставленным в нее по меньшей мере одним вставным изнашиваемым вкладышем из сваренной листовой заготовки. Изобретение обеспечивает снижение толщины стенки трубы цилиндра, за счет чего достигается экономия материала и уменьшение затрат на изготовление пушки. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к шахтным газовым печам для обжига кускового материала, например известняка, и может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической, строительной, содовой и сахарной промышленности. Шахтная газовая печь содержит футерованную шахту с зонами подогрева, обжига и охлаждения, воздухоохлаждаемую балку с окнами для подачи охлаждающего воздуха, расположенную в зоне охлаждения, керновые и периферийные топливосжигающие устройства, установленные в несколько ярусов, и газораспределительный керамический керн, расположенный в зоне обжига, выполненный из огнеупорного материала на специальной связке самораспространяющегося высокотемпературного синтеза СВС-мертеля на 2-3 м выше уровня верхнего яруса топливосжигающих устройств. Керн включает опирающуюся основанием на воздухоохлаждаемую балку прямую цельную перегородку из двух простенков, разделенных температурным швом, и пересекающийся с ней стеновой элемент из двух отдельных простенков в форме арок, каждый одним крылом опирающийся на футеровку шахты, а другим крылом входящий в пазы, выполненные с двух сторон на цельной перегородке с зазорами для возможных температурных деформаций в местах стыковок. Футерованная шахта в поперечном сечении выполнена эллипсовидной формы, газораспределительный керн дополнительно снабжен, по меньшей мере, второй прямой цельной перегородкой, каждая из которых выполнена опирающейся основанием на отдельную воздухоохлаждаемую балку с окнами для подачи охлаждающего воздуха. Все цельные перегородки ориентированы по малой оси футерованной шахты, а пересекающийся с ними стеновой элемент расположен вдоль большой оси футерованной шахты. Изобретение обеспечивает увеличение производительности печи при максимальной эффективности процесса термообработки и высоком качестве обожженного материала. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к загрузочно-распределительным устройствам шахтных печей для обжига кускового материала, преимущественно известняка, и может найти применение в металлургической, строительной, химической, пищевой отраслях промышленности. Устройство содержит загрузочный бункер с вертикальной течкой, пропускаемой через свод печи, и выгрузочный стол, расположенный под течкой с зазором, который больше максимально обрабатываемых кусков материала и соединенный кронштейнами с гильзой, установленной с охватом коаксиально относительно течки. При этом выгрузочный стол и загрузочный бункер снабжены индивидуальными приводами, выполненными с возможностью регулирования их относительной скорости и направления вращения. Выгрузочный стол снабжен полыми радиально направленными желобами разной длины и радиального направления для равномерной выгрузки кускового материала по сечению печи. Часть полых желобов направлена в сторону стенок печи, а часть - к ее центру. Технический результат изобретения заключается в обеспечении непрерывности загрузки и равномерного по крупности распределения кусков материала по всему сечению шахтной печи. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к дозированной загрузке шихтовых материалов в индукционные плавильные печи для плавки черных и цветных металлов. Установка снабжена устройством для удаления загрязнений из шихты в процессе ее загрузки в печь, состоящим из решетки с отверстиями, накопительного бункера и короба с ручкой для удаления загрязнений, направляющих и двух фиксаторов, крепящих короб к направляющим, при этом на сварной раме виброзагрузочной машины закреплены опоры для крепления загрузочного лотка с расположенным над ним загрузочным бункером, причем загрузочный лоток имеет заднюю и две боковые стенки и сварен из листовой стали, вибрационный механизм машины состоит из двух дебалансных центробежных вибраторов, которые закреплены на двух пластинах-кронштейнах, приваренных к боковым стенкам загрузочного лотка, а в средней части загрузочного лотка размещено устройство для удаления загрязнений из шихты в процессе ее загрузки в печь, при этом устройство для загрузки шихты в виброзагрузочную машину состоит из пяти бункеров с пневмовибраторами, пластинчатого транспортера, загрузочной бадьи и тельфера с электронными весами, выполненными с возможностью взвешивания шихтовых материалов весом до 3 т. Изобретение обеспечивает высокую надежность и степень механизации загрузки шихтовых материалов в индукционную печь. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к химико-термической обработке, в частности к цементации, азотированию, нитроцементации поверхностей зубчатых колес и колец из конструкционных, инструментальных и специальных марок сталей. Способ химико-термической обработки колец в шахтной печи включает установку реторты в нагревательной камере, размещение стопки колец в реторте с последующей химико-термической обработкой в ней в потоке насыщающего газа. Перед химико-термической обработкой осуществляют заневоливание стопки колец верхней и нижней плитой из серого чугуна. Реторту выполняют с плоским дном и устанавливают на выполненном ровным дне нагревательной камеры. При этом для предотвращения деформации колец нижнюю плиту из серого чугуна устанавливают на дно реторты, на которой размещают стопку колец и осуществляют их заневоливание верхней плитой из серого чугуна путём размещения ее на стопке колец при химико-термической обработке. Шахтная печь для химико-термической обработки колец содержит нагревательную камеру, выполненную с возможностью установки в ней реторты, и крышку с установленным в ней устройством для создания вихревых потоков насыщающего газа и равномерного распределения их по высоте реторты. Реторта выполнена с плоским дном для установки её на ровном дне нагревательной камеры и загрузки в неё стопки колец для химико-термической обработки. Для предотвращения деформации обрабатываемых колец на дно реторты установлена нижняя плита из серого чугуна с возможностью размещения на ней стопки колец, а верхняя плита из серого чугуна выполнена с возможностью установки на стопку колец для заневоливания их при химико-термической обработке. Технический результат заключается в повышении качества поверхности обрабатываемых колец. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу производства чугуна с использованием кислорода и богатого водородом газа. Согласно способу осуществляют прямой перенос высокотемпературного кокса, горячего агломерата и горячих окатышей в печь для производства чугуна, вдувание кислорода и богатого водородом горючего газа заданной температуры в печь посредством расположенных в печи кислородной и газовой фурм. Изобретение также относится к устройству для производства чугуна с использованием кислорода и богатого водородом газа, которое включает систему сырьевых материалов, газовую систему свода печи, систему вдувания коксового газа, систему вдувания пыли, систему сухой грануляции шлака и восстановления остаточного тепла и кислородную систему. Изобретение направлено на получение чистого продукта, эффективного использования энергии и экологически приемлемых выбросов. 6 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу эксплуатации прямоточно-противоточной регенеративной печи для обжига известняка, содержащей по меньшей мере две шахты, каждая из которых имеет зону предварительного нагревания, зону обжига и зону охлаждения, а также соединяющий обе шахты перепускной канал. Способ включает использование обеих шахт попеременно в качестве шахты обжига и шахты выпуска отходящих газов, подачу в шахту обжига воздуха для сгорания и топлива с образованием пламени соответствующей длины и перевод возникающих в печи обжига горячих газов через перепускной канал в шахту выпуска отходящих газов, при этом в зоне перепускного канала путем непосредственного или опосредованного измерения определяют, по меньшей мере, один характеристический для образования этой длины пламени параметр горячих газов, предпочтительно, разность температур между средней температурой горячих газов в перепускном канале и среднего значения минимальных температур горячих газов в перепускном канале или содержание NOx и/или содержание СО в отходящих газах в перепускном канале и регулируют отношение топлива к воздуху для сгорания в зависимости от этого параметра для установки заданной длины пламени. Раскрыта также прямоточно-противоточная регенеративная печь для обжига известняка. Обеспечивается повышение качества обожженного известняка. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к элементам конструкции газоотводящего оборудования открытой рудовосстановительной печи для производства, преимущественно, кристаллического кремния и ферросилиция. Зонт состоит из крышки, стен корпуса меньшего диаметра и подвижного экрана большего диаметра, выполненных в виде цилиндра. На крышке выполнены отверстия под токоподводы и труботечки. В боковых стенах корпуса зонта установлены заборные окна газоходов, расположенные тангенциально, и патрубки подачи леточных газов. Подвижный экран установлен с перекрытием зазора между фланцем печи и стенами корпуса зонта. Заборные окна газоходов выполнены прямоугольного сечения с отношением сторон 1:2÷1:5, расположены тангенциально и повернуты относительно друг друга на 180° или на 120°. Изобретение позволяет обеспечить эффективный отвод газов, снизить объем газоотвода в два раза, предотвратить выбросы газов из-под зонта в цех, за счет снижения рабочего разрежения снизить эксплуатационные энергетические затраты, снизить скорость отводимого газового потока в газоходах и абразивные нагрузки на конструктивные элементы газоочистного оборудования. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к шахтно-отражательной печи для переплава металла, преимущественно алюминиевых ломов. Печь содержит шахту, плавильную камеру, накопительную ванну, ограниченные подами и стенками и имеющие два свода, сливную летку, поворотный желоб, газоход и сварной каркас. В шахте и накопительной ванне имеются два рабочих окна и шлаковое окно в плавильной камере, устройство для подъема и опускания заслонки рабочего окна в шахте, в плавильной камере и в накопительной ванне установлены по две газовые горелки. Печь имеет стальной короб с теплоизоляцией между ним и каждой стеной, состоящей из трех слоев листового асбокартона. Подины плавильной камеры и накопительной ванны выложены из подовых блоков КС-90 №1, уложенных на четыре слоя асбокартона и подбивку из шамотного порошка, смешанного с крошкой из легковесного кирпича. Печь имеет поворотный футерованный желоб с поворотной футерованной чашей для разливки в разливочное оборудование, расположенное в секторе обслуживания с углом 140°. Своды над плавильной камерой и накопительной ванной имеют теплоизоляционную обмазку и поверх них уложен теплоизоляционный муллитовый марки МЛФ-260 стекловолокнистый слой. Печь оснащена 2-ступенчатой системой пылегазоочистки. Обеспечиваются малые потери тепла, повышение производительности и возможность переплава несортированного от инородных включений лома. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к установке для загрузки шихтовых материалов в ванные плавильные печи для плавки цветных металлов. Установка содержит передвижную платформу с закрепленной на ней технологической тарой и приводом поворота передвижной платформы с закрепленной на ней технологической тарой, при этом передвижная платформа снабжена пятью большегрузными поворотными колесами с пневматическими шинами и стальными дисками, причем каждое колесо вращается в шариковом подшипнике. На передвижной платформе смонтировано устройство для сталкивания шихты в печь, состоящее из пневмоцилиндра, приваренного к двум обоймам-стойкам, которые крепятся к стальной верхней плите передвижной платформы восьмью гайками и восьмью пружинными шайбами, шток пневмоцилиндра поддерживает и направляет кронштейн, а на конце штока закреплена стальная плита для сталкивания шихты с технологической тары в печь. Установка содержит устройство для взвешивания шихты с пределом взвешивания до 3 тонн, устройство для загрузки шихты в технологическую тару, которое состоит из ленточного конвейера желобчатой формы, четырех бункеров, расположенных над ленточным конвейером и снабженных челюстными затворами, пневмовибраторами, обоймы и шести опор. Обеспечивается высокая надежность и высокая степень механизации загрузки шихтовых материалов в металлургическую печь. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх