Способ нагрева спекаемого материала и устройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >971898 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 03. 04. 81 (21) 3270 701/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет .Опубликовано 071182. Бюллетень ¹41

Дата опубликования описания 07. 11. 82 ($1)М Кй з

С 22 В 1/16

27 В 21/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 661. 1:

:662. 785(088.8) (72) Автор изобретения

В. A. Шурхал (71) Заявитель

Институт газа АН Украинской CCP 54) СПОСОБ НАГРЕВА СПЕКАЕМОГО МАТЕРИАЛА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к предварительной обработке руд, а именно к спеканию руд, и может быть использовано в металлургической, химической и промышленности строительных материалов.

B связи с прогрессирующим дефицитом углеводородных топлив (продукт переработки нефти — мазут и природный газ), что вызвано истощением их естественных запасов, целесообразной является их замена другими видами топлива и, в частности, твердым топливом. В настоящее время природный гаэ и мазут используются в области подготовки рудных материалов для внешнего нагрева слоя шихты на агломерационных машинах и окатышей на обжиговых машинах.

Замена мазута твердым топливом сдерживается несовершенством известных способов с кигания топлива и конструкций зажигательных горнов, работающих с использованием твердого топлива.

Параметрами, характеризующими внешний нагрев агломерационной шихты, является инт нсивность внешнего нагрева

3 количество тепла, передаваемого шихте единицей площади зеркала нагрева горна в единицу времени), удельный расход тепла внешнего источника q (количество тепла, получаемого участ5 ком слоя шихты площадью 1 м за время прохождения под зажигательным горном, температура и продолжительность нагрева.

Для получения качественного по механической прочности агломерата удельный расход тепла внешнего источника необходимо поддерживать в пределах

60000-90000 кДж/м -.

Экспериментально установлено, что продолжительность внешнего нагрева должна составлять 2,3-2,8 мин.

И

При увеличении t выше 2,8 мин уменьшается вертикальная скорость спекания шихты, а при уменьшении tq ниже

2,3 мин увеличивается удельный расход технологического топлива и ухудшается качесгво агломерата.

Поскольку 3, q и йн связаны зависимостью с1 = 0 tgq то интенсивность внешнего нагрева, обеспечивающая

25 получение качественного агломерата при пониженных расходах технологического топлива, следует изменять в пределах 21000-39000 кДж/м мин.

Известен способ зажигания шихты на агломерационной машине с исполь971898 каждый квадратный метр площади поперечного сечения топочной камеры загружают 155,1 кг коксового орешка и вдувают 2180 нм воздуха. Продукты сгорания (топочные газы) поступают в камеру нагрева и просасынаются через ь- слой агломерационной шихты.

Пример 2. Смесь коксика и антрацитового штыба фракции 0-8 мм сжигают в кипящем слое с коэффициентом расхода окислителя (воздуха) с = 0,55 н реакционной камере зажигательного горна агломерационной машины, Для этого в реакционную камеру кипящего слоя на каждый квадратный метр площади ее поперечного в горизонтальной плоскости сечения вводят 119,8 кг топлива и 410 нм первичного окисли3 теля (воздуха) . При неполном сгорании углерода топлива образуется 480 нм продуктов горения топлива (топочные

40 газы), которые поступают н камеру нагрева зажигательного горна, куда вдувают 800 нм вторичного окислителя (воздуха), при этом коэффициент расхода окислителя (воздуха) 2,37. Смесь

4 топочного газа и окислителя сгорает над слоем спекаемого материала. Образующиеся при этом горновые газы просасываются через слой спекаемого матери ала.

П р и меры 3, 4 и 5. Процесс ведут аналогично примеру 2, но н камеру кипящего слоя вдувают соответственно 450, 600 и 670 нм первичного воздуха, а в камеру нагрева 760, 610 и 540 нмэ вторичного воздуха.

В табл. 1 сопоставлены состаны топочных и горновых газов и удельные расходы твердого топлива на внешний а- нагрев спекаемого материала, а также дана качественная характеристика процесса горения топлива в топочной (реакционной) камере зажигательного горна.

Иэ табл. 1 следует, что сжигание ! твердого топлива в зажигательном гор65 не в кипящем слое является более экозованием твердого топлива, в котором твердое топливо (коксовый орешек кокс фракции 10-40 мм) сжигается в сплошном слое толщиной 30-92 мм (1) .

Однако периодичность загрузки кокса и неравномерность его распределения по площади решетки обуславливает изменение во времени расхода вентиляторного воздуха, количества горных газов, их температуры и химического состава. Топливо сжигается с переменным но времени коэффициентом расхода воздуха (изменяется от 1,3 до 2,5).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ внешнего нагрева агломерационной шихты, в котором твердое топливо (коксовый орешек фракции 10-40 мм) сжигают с коэффициентом расхоца воздуха е(е 1, 58 н сплошном слое. Кокс загружают в топку пневматически. Под стационарную колосниконую решетку вдувают:воздух. При прохождении через слой топлива кислород воздуха взаимодействует с углеродом, в резул тате образуется топочный газ, содержащий значительное количество окиси углерода. Топлино в топку загружается непрерывно, однако удаление эоны производится нериодически $2).

Недостатками известного способа являются значительный нецожег топлива и, как следствие, высокий удельный расход твердого топлина на внешний нагрев спекаемого материала, невозможность поддержания требуемого температурно-теплового и газового режима нагрева и др °

Цель изобретения — уменьшение удельного расхода топлива.

Указанная цель достигается тем, что в способе нагрева спекаемого материала путем сжигания твердого топлина с образованием топочных газов, используемых для нагрева материала, твердое топливо крупностью 8 мм сжигают в кипящем слое с коэффициентом расхода первичного окислителя 0,60,8, а образовавшиеся при этом продукты неполного сгорания смешивают с вторичным окислителем и сжигают над слоем спекаемого материала с избытком окислителя.

Твердое топливо крупностью 8 мм (в смеси с зернистым инертным материалом) и первичный окислитель (возр .х) вводят в реакционную камеру и сжигают в псевдоожиженном (кипящем) слое при 750-950 С, т.е. ниже темпер туры начала размягчения (плавления) золы топлива (T = 1050-1100 С) с коэффициентом, расхода окислителя =0,6-0,8 при теплонапряженности топочной камеры 0,6-3,7 МВт/м.

Получаемый при этом гаэ, содержащий окись углерода и другие горючие компоненты (Н, СП4), подают в зону нагрева спекаемого (обжигаемого) материала, где смешивают с вторичным окислителем и сжигают с избытком окислителя над слоем спекаемого материала.

Горючие компоненты сгорают, что обеспечивает получение заданного температурного режима внешнего нагрева. Добавление в отдельные зоны нагрева разных количеств вторичного окислителя обеспечивает возможность организовать дифференцированный по зонам температурно-тепловой и газовый режимы нагрева материала.

Пример 1 (по прототипу).

Коксовый орешек фракции 10-40 мм сжигается в зажигательном горне агломашины в плотном слое на стационарной колосниковой решетке с коэффициентом расхода окислителя 1,58. При этом на

971898

25

30 номичным по равнению со сжиганием топлива в зажигательном горне в сплошном слое; при интенсивности внешнего нагрева 39000 кДж/м мин удельный расход топлива составляет соответственно 119,8 и 155,1 кг/ч на 1 м площади поперечного сечения камеры нагрева.

Известен зажигательный горн, состоящий из топки с неподвижной волосниковой решеткой, факельной и подтопочной камер. Горн имеет металличес° кий каркас, выложенный иэ огнеупорного кирпича боковые и торцовые стены и свод, вентилятор и воздухопровод. Твердое топливо (коксовый орешек) загружают на колосниковую решетку вручную периодически. Периодически также вручную производится выгрузка золы из топки горна (1). .Недостатком горна является циклический характер его работы, малая теплонапряженность топочной камеры, трудность осуществления механизации и автоматизации теплового режима внешнего нагрева, тяжелые условия труда и др.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является зажигательный горн, содержащий футерованные огнеупорные материалом свод, торцовые и боковые стенки, образующие топку, подпоточную камеру и камеру нагрева, трубопроводы для подвода топлиВа и окислителя, топливный бункер с З5 доэирующим устройством, причем топка снабжена стационарной колосниковой решеткой. В этом горне коксовый орешек в топку подается из бункера через барабанный питатель по топли- 40 вопроводу на полку окна в боковой стенке топочной камеры горна, откуда сдувается потоком воздуха, подаваемого от вентилятора высокого давления, и укладывается на колосниковую ф5 решетку. Укладка топлива неравномерна. Под колосниковую решетку по воздухопроводу подводится воздух; топочные газы, образующиеся при горении топлива, поступают в нагревательную камеру и затем просасываются через слой спекаемого материала, уложенного на колосниковую решетку паллет, в вакуум-камеры агломашины.

Интенсивность внешнего нагрева материала в горне известной конструкции пропорциональна площади поперечного сечения (в горизонтальной плоскости) топочной камеры, вследствие чего в этих горнах топочные камеры имеют большие относительные габариты, причем соотношение площадей поперечного сечения топочной и нагревательной камер S больше единицы (2 .

Недостатками известного горна являются низкая теплонапряженность 65 топочной камеры (менее О,б МВт/м ), сложность управления температурнотепловым и газовым режимами внешнего нагрева шихты, значительный недожог твердого топлива, а следовательно, высокий его удельный расход и необходимость применения дефицитного кокса узкой фракции (10 — 40 мм).

Кокс более мелкиХ фракций выносится иэ топки, быстро сгорает; кокс крупностью более 40 мм плохо горит; и в том и в другом случае невозможно развить требуемую температуру внешнего нагрева (зажигания), обеспечить равномерность нагрева по ширине агломашины, в результате чего получается продукт ухудшенного качества.

Зажигательные горны со стационарной колосниковой решеткой для сжигания топлива в сплошном слое очень громоздки; для их изготовления расходуется значительное количество металла и огнеупорных материалов. Эти горны имеют очень низкий тепловой КПД (не более 70%).

Цель изобретения — повышение теплонапряженности топочной камеры и снижение удельного расхода твердого топлива на внешний нагрев.

Поставленная цель достигается тем, что зажигательный горн, содержащий свод, торцевые и боковые стенки, образующие нагревательную камеру, футерованную изнутри огнеупорным материалом, трубопроводы для подвода топлива и окислителя, топливный бункер с доэирующим устройством, снабжен гермети- эированной реакционной камерой кипя- щего слоя с газораспределительным и запально-роэжиговым устройством, соединенной трубопроводами с топливным и золонакопительным бункерами и футерованным каналом с нагревательной камерой, причем в боковых и/или торцовых стенках ее расположены фурмы для ввода вторичного окислителя, а соотношение площади поперечного в горизонтальной плоскости сечения реакционной камеры кипящего слоя к площади поперечного сечения камеры нагрева равно 0,1-0,35.

Зажигательный горн может быть выполнен многосекционным.

Горн такой конструкции обеспечивает практически полное сжигание углерода твердого топлива, поскольку образующиеся в реакционной камере кипящего слоя продукты неполного сгорания топлива дожигают над слоем спекаемого материала в камере нагрева, предварительно смешивая их со вторичным окислителем; позволяет использовать для внешнего нагрева мелкое не классифицированное топливо, в том числе топливо, применяемое для спекания шихты (коксик, антрацитовый штыб, тощий .каменный уголь), в результате чего уменьшается удельный расход топ971898 лина на внешний нагрев шихты при одновременном улучшении качества агломерата и повышении ere однородности, что благоприятно сказывается на работе доменнь. х печей.

На чертеже изображен зажигательный гор и, общий вид, Зажигательный горн содержит футеровацные огнеупорные материалом переднюю 1 и заднюю 2 торцовые стенки, боковые стенки 3 и свод 4, которые образуют нагревательную камеру 5.

Камера 5 каналом 6 соединена с реакционной камерой 7 кипящего слоя, днише 8 которой выполнено с герметизированиым люком. Реакционная камера

7 и ханал б футерованы изнутри огнеупорным материалом, Камеры 5 и 7 трубопроводами 9 и

10 соединены с коллектором 11, который подсоединен к дутьевому устройству 12 (вентилятор, компрессор, газодувка), К реакционной камере 7 присоединен топливный бункер 13 через дозирующее устройство 14, топлинопровод 15 и патрубок 16 который соединен трубопроводом 17 с коллектором 11. Патрубок 16 выполнен со сМоТровым окном 18. В нижней части реакционной камеры 7 расположено гаэораспределительное устройство 19, а в средней части ее боковой или торцовой стенки выполнено сливное отверстие

20. Рядом с реакционной камерой 7 ни" же сливного отверстия 20 расположен золонакопительный бункер 21, KoToðûé соединен с ней через сливное отверстие 20 трубой 22, на которой установлено запорнорегулирующее и доэирующее устройство 23. В верхней части нагренательной камеры 5 и ее торцовых и/или боковых стенках установлены фурмы 24, которые трубопроводами 9 соединены с коллектором 11. Внутри нагревательной камеры 5 уставнолены спекательные тележки (паллеты) 25 агломерационной (обжиговой) машины, днише 26 которых выполнено в виде колосниковой решетки; под тележки 25 установлены вакуумкамеры 27, подсоединенные к эксгаустеру. Реакционная камера кипящего слоя 7 снабжена запально-розжи-. говым устройством 28 (горелка или форсунка),. к которому подсоединен трубопронод 29 для подвода резервного топлива (пропан-бутановая смесь, ° ° зельное топливо и др.) и которое

r бопроводом 30 соединено с коллектором 11. Трубопроводы 9, 10, 17, 29 и 30 имеет запорна-регулирующую арматуру 31 °

Зажигательный горн работает следуюшим образом включают дутьеное .устройство 12 и нагнетают окислитель (воздух) в коллектор 11. Иэ топливного бункера .13 дозирующим устройством 14 через топливопровод 15 н патрубок 16 подаI0T смесь измельченного тнердого топ-, лива крупностью 0-8 мм (каменный уголь, бурый уголь, коксик) и инертного материала крупностью 0,5 до

5 5 мм, а через трубопронод 17 подводят окислитель (ноздух) от коллектора 11. Частицы топлива и инертного материала увлекаются потоком окислителя и транспортируются в реакцион1О ную камеру кипящего слоя 7. По трубопроводу 10 под газораспределительное устройство 19 реакционной камеры кипящего слоя 7 из коллектора 11 подводят первичный окислитель (воздух); при помощи гаэораспределительного устройства 19 окислитель равномерно распределяется по сечению реакционной камеры кипящего слоя 7 и приводит н состояние псеэдоожижения (кипения) смесь топлива и инертного материала. Суммарный расход.окислителя (воздуха), подаваемого в камеру кипящего слоя, устанавливают н количестне, обеспечинаюшем поддержание в реакционной камере скорости газового потока, несколько превышающей первую критическую скорость псевдоожижения смеси инертного материала и топлива. При указанных выше размерах частиц скорость потока воздуха поддерживают в пределах 1,0-1,4 нм/м с

Расход топлива устанавливают н таком количестве, чтобы обеспечить заданное (в пределех 0,6-0,8) значение коэффициента расхода окислителя и под35 держинают требуемое значение теплонапряженности в реакционной камере кипящего слоя (0,6-3,7 МВт/М ).

По трубопроводам 29 и 30 к запально-раэжиговому устройству 28 реакци4Q онной камеры кипящего слоя подводят резервное топливо о окислитель.Образовавшаяся горючая смесь поджигается и сгорает, За счет выделяющегося при этом тепла смесь тнердого топлива и 5 инертного материала нагревается до температуры воспламенения топлива.

В реакционной камере кипящего слоя происходит неполное сгорание тнердого топлива при 750-950ВС. Продукты

5О неполного сгорания топлива (топочный гаэ) по каналу б поступают в нагревательную камеру 5, куда через фурмы

24 вдувают вторичный окислитель (воздух). Содержащиеся н топочном газе горючие компоненты (окись углерода и др.) окисляются кислородом вдуваемого окислителя; за счет выделяющегося при этом тепла температура повышается до заданной температуры внешнего нагрева спекаемого

@ (обжигаемого) материала (1100-1275 С).

Регулиронание температуры горнового газа (продукты дожигания топочного газа) производится посредством изменения коэффициента расхода вторичногс

65 окислителя (воздуха), Горновой гаэ

971898

10 с заданной температурой просасывается через слой нагреваемого материала, загружаемого на колосниковую решетку 26 паллет 25, за счет разрежения, создаваемого эксгаустером в вакумм-камерах 27.

Соотношение площадей поперечного сечения (в горизонтальной плоскости) реакционной камеры кипящего слоя (S„<) и камеры нагрева ($н) выбрано равным S ñ. $ н = 0,1-:0,35.

В табл. 2 сопоставлены показатели внешнего нагрева и удельные расходы твердого топлива, сжигаемого в горнах известной и предлагаемой конструкций.

При $ . S„= 0,05 (опыт 2),вследствие малой интенсивности внешнего нагрева материала I = 10600 кДж/мамин, недостаточен удельный расход тепла внешнего источника (q = 19680 кДж/м ).

В результате получается непрочный агломерат. При S . Sн = 0,1 (опыт 3) интенсивность внешнего нагрева достаточна для получения агломерата с удовлетворительной механической прочностью при низком удельном расходе твердого топлива (66 кг/м ч). Высокая прочность х агломерата достигается при соотношении $ .. $н = 0,20 и 0,35. При

$кг, . $н = 0,40 (опыт 6) возможно образование большого количества жидПример

1 1 1

Показатели

1 2 3 4

0,9

0,8

1,58 0,55 0,6

2,37 2,54

7,15

4,08

1160 725 750 950 1150

1140+40 1250+20 1250+20 1250+20 1350+20

18,2

12,5

6,1

3,3

Нет сведений

4,6

10i0

24,5

29,3

10, 5+3, 2

9,6+3,0

4,4+2,0

13,0

13,0

8,0

13,0

8,0

13,0

8,0

О в горновом газе СО

8,0

CC

Коэффициент расхода окислителя: при сжигании топлива в топочной камере (реакционной камере кипящего слоя) при дожигании продуктов горения в нагревательной камере

Температура горения топлива в топочной камере (реакционной камере псевдоожиженного слоя), С о

Температура горнового газа, С

Содержание, Ъ: в топочном газе СО кой фазы при спекании материала верхнего пласта слоя, и, как следствие, уменьшение вертикальной скорости спекания шихты и ухудшение прочностных характеристик агломерата.

5 В табл. 3 сопоставлены значения теплонапряженнос ги реакционной камеры псевдоожиженного слоя, параметры внешнего нагрева (интенсивность и удельный расход тепла), а также.

1f удельные расходы. твердого топлива при величинах соотношения S S„, равных 0,1 и 0,35.

Теплонапряженности, при которых достигается интенсивность внешнего

)5,нагрева в пределах 21000

39000 кДж/м мин, изменяются от 0,6

2.. до 3,7 МВт/м

Внешний нагрев агломерационной шихты зажигательным горном предла20 гаемой конструкции по сравнению с внешним нагревом известным зажигательным горном обеспечивает сокращение удельного расхода твердого топлива, позволяет использовать не дефицитные виды твердого топлива, резко уменьшить габариты горна, сократить выбросы токсичной окиси углерода в окружающую среду с отходящими агломерационным газами и улучЗ0 шить прочностные характеристики получаемого продукта. ,Таблица 1

971898

Продолжение абл. 1

Т (Показатели 1 1

Коэффициент использования химической (тепловой) энергии углерода топлива в зажигательном гор не """

О, 775 1 00 1,00 1,00

1 00

119,8

155, 1 119, 8 119, 8

119,8

Качественная характеристика процесса горения толпива в топочной камере (реакционной камере кипящего слоя) Е Сухая проба, -Е пределах одного цикла.

%М

Без учета механического недожега твердого топлива. Таблица2

Опыт .

Параметры (по прототипу) Теплонапряженность топочной камеры (реакционной камеры кипящего слоя), ХВт/м

2,0 2,0 1 к06 1 к06

0,55

0,10 0,20 0,35 0 40

0,05

Интенсивность внешнего нагрев а, кДж/м ° мин

39600 10600 21500 42400 39050 44600

Удельный расход тепла внешнего источника, кДж/м

91000 29680 60200 97500 89800 102600

156,7 32,6 66,0 130,3 120,0 155,3

+HpH коэффициенте расхода окислителя (воздуха) в камере кипящего слон с - = 0,7.

Расход твердого топлива при и нте н си в ности внешнего нагрева

39000 кДж/м 1мин, кг/ч на

1,м площади поперечного сечеЯ ния камеры нагрева

Соотношение площадей поперечного сечения топочной камеры $т или реакционной камеры кипяще.го слоя S и нагревательной камеры S>

Удельный расход твердого топлива на внешний нагрев, . кг/ч на 1 м площади поперечного сечения камеры нагрева

Горение устой-, чивое, .эола в расплавленном состоянии

Горение неустойчивое, оплавление золы не наблюдается

Горение устойчивое, оплавления золы не наблюдается

Горение устойчивое, оплавление золы не наблюдается

Горение неустойчивое из-за оплавления и агломерации золы

971898

1З

Таблицаз

Опыт при

Параметры

S S ОЗ5.

4 5 6 7 8

$k $„=- 0,1

1 2 3

2,0 3,7 3,9 0,55 0,60 1,06 1,1

Интенсивность внешнего нагрева, кДж/м мин

18950 21050 38950 41050 20260 22160 39050 40520

Удельный расход тепла внешнего источника, кДж/м

47400 52600 97370 102600 50660 53400 97600 101300

Расход твердого топлива на внешний нагрев, кг/ч на 1 м площади поперечного сечения камеры нагрева

58,2 64,9 110,7 126,2 62,3 66,2 120,0 124,5

П р и м е ч а н и е. При тепловом КПД горна 7: = 0,85.

Формула изобретения

1. Способ нагрева спекаемого материала путем сжигания твердого топлива с образованием топочных газов, используемых для нагрева материала, отличающийся тем, что, с целью уменьшения удельного расхода топлива, топливо крупностью 8 мм сжигают в кипящем слоем с коэффициентом расхода первичного окислителя 0,6-0,8, а продукты неполного сгорания смешивают с вторичным окислителем и сжигают над слоем спекаемого материала с избытком окислителя.

2. Устройство для внешнего нагрева спекаемого материала, содержащее свод, торцевые и боковые стенки, образующие нагревательную камеру, футерованную изнутри огнеупорным материалом, трубопроводом для подвода топлива и окислителя, топливный бункер с дозирующим устройством, о т л и .ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения теплонапряженности топочной

Теплонапряженность топочной камеры (камеры кипящего слоя),МВт/м2. 1,8 камеры и снижения удельного расхода твердого топлива на внешний нагрев, оно снабжено герметизированной реакционной камерой кипящего слоя с газораспределительным и загально-роэжиговым устройствами, соединенной трубопроводами с топливным и золонакопительным бункерами и футерованным каналом с нагревательной камерой, причем в стенках ее расположены фурмы для

40 ввода вторичного окислителя, а соотноше ни е площади попер еч ного в горизонтальной плоскости сечения реакционной камеры кипящего слоя к площади поперечного сечения нагрева45 тельной камеры равно 0,1-0, 35.

3 ° Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что он выполнен многосекционным.

S0 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Рязанцев А. П., Антошечкин Н.П.

Нагрев агломерационной шихты. М., "Металлургия", 1968, с. 27-31.

2. Металлургия, 1964, 9 6, с. 4-5.

9 i Л98

Составитель Л. Шашенков

Техред Т. Фанта Корректор Г. Решетник

Редактор К, Волощук

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 3

Заказ 8484/10 Тираж бб0 Подписное

ВНИИПИ Государственйого комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5