книги / Производство керамзита
..pdfна, 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
нагрева |
частицы на футеровке за |
время |
перемещения |
|
на расстояние, равное диаметру печи. |
|
|||
Расчеты показывают, что при вращении |
печи в каж |
|||
дый момент |
на поверхности слоя находится не более |
|||
5— 10 % |
всех |
гранул. Остальное |
время они находятся |
|
внутри |
слоя. |
|
|
|
При этом |
за все 30—60 мин обжига каждая отдель |
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
/ —пылеосаднтельная камера; 2 —питательная |
течка; 3 —корпус печЯ*. |
4— |
||
роликоопоры; |
5 —зубчатая венцовая шестерня; |
£ —основной |
и вспомогатель |
|
ный приводы; |
7—бандаж; 3 —головка печи; |
9—горелка |
(форсунка); |
J0 — |
дутьевой вентилятор |
|
|
|
от газового потока и футеровки. В зоне сушки и частич но в зоне подогрева, где температура не превыш ает 750 °С,
основное количество |
теплоты передается |
м атериалу кон |
||||
векцией от газового |
потока |
открытой |
поверхности |
зерен |
||
и за счет,,теплопроводности |
закрытой |
поверхности |
ф уте |
|||
ровки к закрытой поверхности м атериала. П ри |
этом ин |
|||||
тенсивность теплопередачи |
значительно |
пониж ается, в |
||||
силу чего работа этих зон |
во вращ аю щ ейся |
печи без |
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
Производительность |
|
40x2,5 |
22x2,3 |
12x1,2 |
при коэффи- |
6 |
1,75 |
||
циенте выхода ^ 2 , |
мя/ч |
12 |
||
Уклон печи, % . |
об/мин |
3,5 |
3,4 |
3,2 |
Частота вращения, |
0,6—3 |
0,6—2,5 |
1,8—1,9 |
|
Количество опор |
|
2 |
2 |
2 |
Масса, кг: |
|
169500 |
42 496 |
11 000 |
печи без футеровки |
||||
футеровки |
|
— |
73 474 |
8 000 |
корпуса в ргбочем состоянии без |
115970 |
19000 |
||
керамзита . . |
. |
— |
||
Мощность электродвигателя |
основ |
25 |
10 |
|
ного привода, кВт |
|
45 |
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
вать |
основные процессы обжига — тепловую подготовку материала |
и его |
вспучивание — в однобарабанных печах невозможно. |
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
бан вспучивания длиной 16 м, диаметром |
3,4 м. Частота |
вращения первого барабана 1—2, |
второго — 2—■ |
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.
1*ис. 47. Схема устройства по |
|
ШЮ |
|
|
рога из шамотного кирпича |
|
г:; 1гтпгтгппг |
||
1 |
|
* |
300 |
|
C4J |
|
|
|
|
'а |
3Z■ |
« Ц ;; |
1 |
9000 |
|
|
L0Z10 |
Рис. 48. Температурные кривые обжига в печах с порогом |
изделий; |
||||||||||
а —в |
40-метровой печи на |
Ленинградском |
заводе |
керамических |
|||||||
б —в |
однобарабанной печи |
на Куйбышевском заводе; / —температура гра |
|||||||||
нул по экспериментальным |
данным |
(точки |
/, 4, 5, 6, 7) |
н |
данным |
теорети |
|||||
ческого анализа (точки 2 н |
3); // —температура среды |
по |
эксперименталь |
||||||||
ным |
данным |
(точки |
/ и 3) |
и данным теоретического |
анализа |
(точка 2); |
|||||
III —кривая |
обжига |
керамзита по |
ступенчатой схеме, |
по |
С. |
П. |
Онацко- |
||||
му; / —загрузка гранул; 2—порог; |
3 —за |
порогом; |
4—до порога; |
5 —вы |
|||||||
ход |
керамзита |
|
|
|
|
|
х |
|
|
|
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
ся на |
7— 12 %, а производительность печей увеличивает |
ся до |
10 %. Отмечается также снижение насыпной плот |
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
/ —шарнирно-зажимное |
устройство: |
|
2 —корпус |
форсунки; |
3 —трубы |
для подвода жидкого топлива; 4 — |
||
наконечник |
форсунки; |
5 —корпус |
наконечника; |
6 —завихрнтсль; 7 — |
|
распылитель |
|
|
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
а —длиной |
40 м; б—длиной 22 |
м; |
/ —огнеупорная |
набивка; 2 —сопловая |
|
насадка; 3 |
—корпус; 4 —трубы |
для |
подвода газа; |
5 —труба для |
ввода |
запальника; |
6 —распределительная камера; 7 —ребра |
центрирующей |
втул |
||
ки; 8 —центрирующая втулка |
|
|
|
|
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.