Вращающиеся печи глиноземных цехов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Вращающиеся печи широко применяют в различных отраслях народного хозяйства. Относящиеся к категории промышленных печей непрерывного действия с движением вокруг продольной оси вращающиеся печи по назначению весьма разнообразны - плавильные, сушильные, термические, обжиговые и т.д. Существуют, например, вельц-печи, применяемые для вельцевания кеков цинкового производства, печи для спекания бокситов и нефелинов и обезвоживания карналлита, печи для кальцинации гидроксида алюминия, а также для сушки различных материалов, применяемых в металлургическом производстве и т.д.

Во вращающихся печах исходный материал перемещается вдоль печи, нагреваясь за счет теплоты, выделяющейся при сжигании топлива. По длине печи наблюдается переменный тепловой режим. Вращающиеся печи характеризуются достаточно высокой эффективностью. Как промежуточное технологическое звено вращающаяся печь полностью обеспечивает поточное производство.

1. Вращающиеся печи глиноземных цехов

В глиноземном производстве вращающиеся печи применяют для спекания бокситов, нефелинов и кальцинации (разложения) гидроксида алюминия.

Рассмотрим процесс спекания бокситов во вращающихся печах. В зависимости от температуры горячих топочных газов, нагревающих шихту, и изменений, происходящих в шихте, печь можно условно разделить на 4 зоны.

Первая зона - сушки и обезвоживания - находится в верхней (холодной) части и имеет температуру топочных газов от 200 до 1250°С, а температуру шихты - от 20 до 700С. Здесь удаляется вся влага.

Вторая зона - кальцинации - имеет температуру газов от 1250 до 1400°С и шихты - от 700 до 1000°С. В этой зоне происходит полное разложение известняка шихты.

Третья зона - спекания - имеет наивысшую температуру газов 1600…1650°С и шихты 1200…1250С. Здесь завершается разложение соды и образование спека. Эта зона находится в пределах длины факела горения топлива.

Четвертая зона - охлаждения - расположена в самой нижней части печного барабана, за огневым факелом. Здесь температура газов несколько снижается и составляет 1500…1550°С. Поступая в холодильник, спек охлаждается до 60… 70°С.

Процесс спекания характеризуется температурой отходящих газов и их составом, движением материалов в печи и внешним видом спека. При нормальном протекании процесса температура отходящих газов в борове печи составляет 180…200°С, что обеспечивает стабильную работу электрофильтров и вентиляторов. Нормальный спек представляет собой материал темно-серого цвета с размерами кусков 40…50 мм. В отходящих газах не должно быть больше 0,4…0,6% СО и О₂, а содержание СО₂ должно быть в пределах 25…27%.

В условиях соблюдения технологических параметров процесса спекания тепловой баланс вращающейся печи спекания бокситов производительностью 20 т/ч может быть представлен в следующем виде.

Таблица 1

Во вращающихся печах для кальцинации гидроксида алюминия также наблюдаются температурные (технологические) зоны, соответствующие определенным стадиям превращения исходного гидроксида. На рис. 9.2 показано изменение температуры газового потока и материала по длине печи. Здесь также различают четыре зоны.

Зона сушки - верхняя наиболее холодная часть печи, где температура газов изменяется от 300 до 600°С, а гидроксида - от 40 до 200°С. Здесь происходит полное испарение гигроскопической влаги гидроксида.

Зона кальцинации - средняя часть печи. В этой зоне газы нагреты до температур 600…1050°С, а гидроксид - до 200…950°С. При этом происходит удаление химически связанной влаги и гидроксид превращается в безводный гамма-глинозем.

Зона прокалки находится в области факела горения топлива и здесь происходит перекристаллизация гамма-глинозема и альфа-глинозема. Температура газов составляет 1050…1400°С, а глинозема 950…1250С. Иногда диаметр печного барабана в этой зоне делают несколько большего размера, чем диаметр барабана в других зонах. Этим достигается снижение скорости перемещения материала и увеличение продолжительности пребывания его в этой зоне.

Зона охлаждения - нижняя часть печи, где температура глинозема снижается с 1250 до 1000°С. Из этой зоны глинозем поступает в холодильник.

При достаточной полноте сгорания топлива и отсутствии подсосов воздуха в отходящих газах должно быть 13…15% СО₂ и не более 0,8% СО. Прокаленный глинозем должен содержать определенное количество альфа-глинозема.

2. Устройство вращающейся печи

Основной элемент вращающейся печи - металлический барабан, сваренный из листового железа толщиной 20…40 мм. Внутри барабан футеруют высокоглиноземистым или шамотным кирпичом (толщина футеровки 200…300 мм). Между кожухом и огнеупорной кладкой обычно закладывают тонкий теплоизоляционный слой (толщина 10…30 мм). На наружной поверхности барабана закреплены стальные бандажи в виде неразрывных колец шириной 400…800 мм. Каждый бандаж опирается на ролики, ширина которых на 50…100 мм больше ширины бандажа.

Опорные ролики установлены на массивных стальных плитах, укрепленных на железобетонных фундаментах таким образом, что барабан печи имеет небольшой уклон к горизонту, равный 2…3,5% от его длины. Это обеспечивает перемещение материала внутри печи при вращении барабана. Барабан вращающейся печи между опорами испытывает напряжение изгиба. Его допустимая величина определяет толщину корпуса барабана, диаметр печи и расстояние между опорами, которое может достигать 30 м. При большом диаметре кожух дополнительно усиливают кольцами жесткости.

Схема вращающейся печи: 1 - барабан печи; 2 - бандажи; 3 - улотнительное устройство; 4 топочная камера; 5 - топливосжигающее устройство; 6 - разгрузочная течка; 7 - опорные ролики; 8 - фундамент; 9 - привод барабана; 10 - газоотводная камера; Л - отбойное устройство; 12 - загрузочное устройство; 13 - венцовая шестерня

Барабан вращается вокруг своей оси со скоростью 0,6…2 об/мин. Число оборотов барабана регулируют специальным устройством. Привод барабана состоит из электромотора мощностью до 250 кВт, специального редуктора и открытой зубчатой передачи, заканчивающейся большой венцовой шестерней, закрепленной на барабане при помощи пружин, которые позволяют барабану при нагреве свободно расширяться. При вращении печи бандажи «катятся» по опорным роликам. Для удержания наклонно расположенной печи от соскальзывания с опорных роликов оси их устанавливают под небольшим углом по отношению к продольной оси печи (от 0°10' до 0°45'). Под воздействием такого разворота печь очень медленно поднимается вверх по направлению оси печи. Силу этого сдвига рассчитывают таким образом, чтобы при среднем коэффициенте трения между опорными роликами и бандажом корпус печи удерживался в среднем положении. Для того чтобы печь не поднималась выше^ снижают коэффициент трения между роликами и бандажом путем смазывания этих поверхностей.

В печах последних конструкций опорные ролики устанавливают параллельно продольной оси печи, что устраняет неравномерность износа роликов и бандажей и исключает опасность их разрушения. Положение печи в продольном направлении фиксируется автоматически при помощи специальных упорных роликов с демпферами или с гидроприводами, которые сообщают печи возвратно-поступательное движение с двойным ходом на 50…100 мм за 24 ч. Упорные ролики устанавливают по обеим сторонам бандажа ближайшей к приводу опоры, а у мощных печей - еще у двух - трех бандажей на вертикальных осях. Эти ролики можно перемещать вдоль оси печи и закреплять в нужном положении.

Для остановки вращения печи в любом положении служит электромагнитный фрикционный тормоз, через обмотку которого во время работы печи постоянно пропускается ток. Когда подача тока прекращается, электромагнит выключается и отпускает колодки тормоза, которые и зажимают приводной вал.

Топливосжигающие устройства устанавливаются в головной части барабана. Головка печи состоит из топочной камеры, устройства для выгрузки материала и уплотнительного устройства, перекрывающего щель между вращающимся барабаном и неподвижной топочной камерой. К головке примыкает разгрузочная течка, через которую продукт пересыпают в холодильник. Уплотнительное устройство имеет существенное значение для эффективной работы печи и холодильника. Оно может быть в виде входящих друг в друга лабиринтных колец, приваренных к корпусу и к головке печи. Холодный воздух, попадающий в кольцевой канал лабиринтного уплотнения, отсасывается из него вентилятором, что препятствует попаданию этого воздуха в печь. Кроме того, уплотнительное устройство может состоять из двух трущихся одно о другое шлифовальных колец, одно из которых установлено на печи, а другое - прикреплено к головке печи. Наружный воздух, проникающий между уплотнительными кольцами, попадает под кольцевой козырек, а затем отсасывается вентилятором и в печь не попадает.

Концевая часть (холодная головка) вращающейся печи состоит из газоотводящей камеры загрузочного устройства и уплотнения. Материал загружается в печь в виде сухой шихты либо в виде пульпы с влажностью до 42%. При спекании нефелиновой шихты пульпу загружают в печь наливом, а при спекании бокситовой шихты загрузку осуществляют распыливанием через пульповую форсунку. На каждую печь устанавливают от трех до пяти форсунок. Большую часть форсунок помещают в нижней части сечения печи под углом к ее оси, чтобы увеличивать дальность и продолжительность полета Материала, а следовательно, количество получаемой им теплоты. При такой установке уменьшается унос материала из печи. Угол поворота форсунок и угол раскрытия выходящих из них струй должны быть такими, чтобы загружаемый материал попадал на внутреннюю поверхность вращающейся печи уже подсушенным и не налипал на нее.

Для предотвращения настылеобразования при попадании влажной шихты на стенки барабана монтируется отбойное устройство в виде связки рельсов длиной 10…12 м, закрепленных цепью при помощи специальных шарниров в холодной головке печи.

3. Вельц-печи

В трубчатых вращающихся печах проводят вельцевание - процесс переработки полиметаллических отходов металлургического производства: шлаков свинцового, медного и оловянного производств, твердых остатков цинкового производства и других для дополнительного извлечения ценных металлов. Суть этого процесса заключается в углетермическом восстановлении исходных материалов. Так, для равномерного протекания процесса газификации коксика и отгонки цинка по всей массе шихты необходимо цинксодержащий дисперсный материал непрерывно перемешивать с коксиком при максимально допустимой температуре, исключающей плавление шихты. Процесс углетермического восстановления протекает интенсивно благодаря сильно развитой межфазной поверхности взаимодействующих веществ и тесному контакту восстановителя с восстанавливаемыми фазами при участии активного СО в момент его образования, а также благодаря отводу продуктов реакций из зоны протекания процессов восстановления.

При вельцевании возгоны окисляются в непосредственной близости от поверхности шихты. Поэтому теплозатраты на эндотермические реакции восстановления в значительной мере компенсируются тепловыделением при окислительных реакциях. Вельц-процесс, как правило, требует сравнительно небольшого удельного расхода коксика как топлива, главным образом на компенсацию теплопотерь с отходящими газами и через стенки вельц-печей.

Примерный тепловой баланс вельц-печи длиной 40 м представлен ниже:

Вельц-печь работает по принципу противотока: кеки загружают в верхнюю головку печи, откуда отводят и обжиговые газы. Через нижнюю головку печи подают воздух (иногда обогащенный кислородом) и разгружают клинкер. При разогреве печи и при отрицательном тепловом балансе в нижней головке устанавливают мазутную горелку.

Загружаемый в печь материал имеет крупность 5…10 мм. Уголь или кокс вводят в шихту в количестве 35…45% от массы перерабатываемого материала в качестве восстановителя и для впитывания расплавленных компонентов шихты. Применение в качестве теплоносителя смеси угля и кокса полезно, так как уголь реакционноспособен при более низких температурах, а кокс развивает максимальную активность при высокой темпера* туре, когда часть угля уже сгорает.

Шихта в печи перемещается при вращении барабана (1…2 об/мин) от верхней головки к нижней. Обычно шихта занимает 15…20% от объема печи, а продолжительность прохождения шихты через печь при длине 40 м составляет 2…3 ч, а при длине 90 м - 4…5 ч. Максимальная температура реакционной массы 1100…1350°С, отходящих газов в пылевой камере 500…650°С, а в рукавных фильтрах не выше 110°С (при использовании шерстяной фильтроткани) и не выше 250°С (при использовании стеклоткани). Грубую пыль, представляющую собой механический унос шихты (5…6% от массы пыли), улавливают в циклонах. Тонкие возгоны, содержащие 60…70% цинка, улавливают в рукавных фильтрах. Извлечение цинка в возгоны при вельцевании достигает 90…93%, свинца - более 90%.

Вельц-печь можно разделить на три зоны: подготовительную, реакционную, формирования клинкера. Производительность печи, измеренная по массе возгонов, зависит от протяженности и температуры реакционной зоны печи. Возгоняющая способность печи, кроме того, зависит и от соотношения цинка и свинца в кеке. Удельная производительность печей составляет примерно 1 т шихты в сутки на 1 м³ рабочего пространства печи. Весьма эффективно на процесс вельцевания действует применение дутья, обогащенного кислородом. Так, повышение концентрации кислорода в дутье до 24… 25% интенсифицирует процессы в реакционной зоне печи, в результате чего температура клинкера возрастает на 100…150°С и отпадает необходимость в подтопке печи мазутом. При этом в газовой фазе уменьшается содержание СО, увеличивается концентрация СО₂ и О_а. Производительность печи возрастает примерно на 20%, а потери свинца и цинка с клинкером сокращается на 30…40%.

Заключение

Барабанные печи имеют небольшую запыленность отходящих газов и могут располагаться на открытом воздухе, кроме топочной части и камеры загрузки. Недостатками вращающихся барабанных печей являются громоздкость, большие капитальные затраты и относительная сложность эксплуатации.

Независимо от технологии, в которой применяют трубчатые вращающиеся печи, к их достоинствам следует отнести:

1) относительную простоту конструкции;

2) возможность включения в непрерывную технологическую линию;

3) более интенсивное по сравнению с неподвижным слоем протекание тепло-массообменных процессов.

Недостатки вращающихся печей следующие:

1) низкий термический к.п.д.;

2) значительный вынос пыли;

3) сложность установки контрольно-измерительной аппаратуры

В работе барабанной печи применяется высокоэффективная технология плавления, разработанная для промышленности вторичного алюминия. В современной конструкции печи учтены конкретные особенности процесса, что обеспечивает простоту и надёжность её в эксплуатации, и получение хороших экономических результатов в работе плавильного завода. Всегда имеется возможность для усовершенствования конструкции и самого процесса.

Используемая литература

вращающийся печь глиноземный барабан

1. Архарова А.М. Теплоэнергетика - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 235 с.

2. Бондаренко В.Л. Теплоэнергетика - М.: Издательство МЭИ, 2006. - 145 с.

3. Павлова И.Б. Теплотехника - М.: Издательство МЭИ, 2005. - 305 с.

Размещено на Allbest.ru