Шахтная печь для обжига извести Пр. = 100 тыс. м2/год

Раньше считали, что высококачественную известь  можно получать только из чистых известняков с малым содержанием примесей (до 2—3%). Новые исследования показали, что из известняков со значительным количеством примесей глины и тонкодисперсного кварцевого песка (до 5—7%), равномерно распределенных в общей массе, при правильном ведении обжига также можно получать известь, дающую при гашении высокий выход пластичного теста. При этом лучшую по качеству известь получают из пород, в которых равномерно распределенные примеси присутствуют в виде частичек размером до 1мкм. Примеси гипса нежелательны. При содержании в извести даже около 0,5—1% гипс

сильно снижает пластичность известкового теста. Значительно влияют на свойства извести железистые примеси (особенно пирита), которые уже при температурах 1200° С и более вызывают образование в процессе обжига легкоплавких эвтектик, способствующих интенсивному росту крупных кристаллов окиси кальция, медленно реагирующих с водой при гашении извести и вызывающих явления, связанные с понятием «пережог».

Физико-механические свойства пород также отражаются на технологии извести.

Для обжига в высоких шахтных  печах пригодны лишь те породы, которые  характеризуются значительной механической прочностью (прочность на сжатие не менее 20—30МПа); куски породы должны быть однородными, неслоистыми; они не должны рассыпаться и распадаться на более мелкие части во время нагревания, обжига и охлаждения.

Рассыпаться во время обжига склонны крупнокристаллические  известняки, состоящие из кристаллов кальцита размерами 1—3 мм. Мягкие разновидности  известково-магнезиальных пород (мел и т. п.) надо обжигать в печах, в которых материал не подвергается сильному измельчению (вращающиеся и др.). Известково-магнезиальные породы в зависимости от их химического состава являются сырьем для производства не только воздушной, но и гидравлической извести, а также портландцемента. В табл. 1 приведена примерная классификация известково-магнезиальных горных пород, применяемых для производства воздушной и гидравлической извести, а также их разновидностей. По ГОСТ 21-27-76 в зависимости от химического состава карбонатные породы делят на семь классов: А, Б, В, Г, Д, Е, Ж (табл. 2).

Для производства воздушной  извести применяют следующие  виды известково-

магнезиальных карбонатных  пород: зернисто-кристаллический мраморовидный  известняк; плотный кристаллический известняк; землисто-рыхлый известняк (или мел); известковый туф; известняк-ракушечник; оолитовый известняк; доломитизированный известняк; доломит.

Мрамор по химическому составу (СаСО₃ или СаСО₃ + MgCO₃) — наиболее чистое сырье, однако в связи с высокими декоративными свойствами он используется в качестве отделочного материала, и поэтому в производстве извести, за редким исключением, не применяется.

Плотные известняки имеют мелкозернистую кристаллическую  структуру, содержат

обычно небольшое количество примесей и отличаются высокой прочностью. Плотные известняки наиболее широко используются для получения извести.

Мел – мягкая рыхлая горная порода, легко рассыпающаяся  на мелкие куски. Его

обычно обжигают лишь во вращающихся  печах, так как при обжиге в  шахтных печах он легко крошится, что нарушает процесс обжига.

Известняковый туф отличается ноздреватым строением  и большой пористостью;

иногда его используют для производства извести во вращающихся  и шахтных печах

(в зависимости от прочности).

Известняк-ракушечник состоит из раковин, сцементированных углекислым кальцием. Представляет собой малопрочную горную породу, поэтому редко применяется для изготовления извести.

Оолитовый известняк  – горная порода, состоящая из отдельных  шариков карбоната

кальция, сцементированных тем  же веществом.

Доломитизированные известняки и доломиты по своим физико-механическим свойствам сходны с плотными известняками. Иногда доломиты залегают в природе в виде рыхлых   скоплений.

Объемная масса плотных  известняков составляет 2400— 2800, мела — 1400—2400 кг/м

Влажность известняков колеблется в пределах 3—10, а мела —15—25%.

 

2.2 Производство извести

Производство  комовой негашеной извести состоит  из следующих основных операций: добычи и подготовки известняка, подготовки топлива и обжига известняка.

Известняки добывают обычно открытым способом в карьерах. Плотные  известково-

магнезиальные породы взрывают. Для этого вначале с помощью  станков ударно-вращательного (при  твердых породах) или вращательного  бурения (при породах средней  прочности) бурят скважины диаметром 105 - 150 мм глубиной 5 - 8 м и более  на расстоянии 3,5 - 4,5 м одна от другой. В них закладывают надлежащее количество взрывчатого вещества (игданита, аммонита) в зависимости от прочности породы, мощности пласта и требуемых габаритов камня. Наблюдающаяся иногда неоднородность залегания известняков в месторождениях (по химическому составу, прочности, плотности и т. п.) обусловливает необходимость выборочной разработки полезной породы. Выборочная добыча известняка повышает стоимость продукта, поэтому при определении технической и экономической целесообразности разработки тех или иных месторождений необходимы тщательные геологоразведочные изыскания.

Полученную  массу известняка в виде крупных  и мелких кусков погружают в транспортные средства обычно одноковшовым экскаватором. В зависимости от расстояния между карьером и заводом известняк доставляют на завод ленточными конвейерами, автосамосвалами, железнодорожным и водным транспортом.

Высококачественную  известь можно получить только при  обжиге карбонатной

породы в виде кусков, мало различающихся по размерам. При обжиге материала в кусках разного размера  получается неравномерно обожженная известь (мелочь оказывается частично или полностью пережженной, сердцевина крупных кусков - необожженной). Кроме того, при загрузке шахтных печей кусками разного размера значительно увеличивается степень заполнения печи, а следовательно, уменьшается газопроницаемость материала, что затрудняет обжиг. Поэтому перед обжигом известняк соответствующим образом подготавливают: сортируют по размеру кусков и, если необходимо, более крупные негабаритные куски дробят.

В шахтных  печах наиболее целесообразно обжигать известняк раздельно по

фракциям 40-80, 80-120 мм в поперечнике, а во вращающихся печах – 5-20 и 20-40 мм.

Так как размеры глыб добытой  горной породы нередко достигают 500 - 800 мм и более, то возникает необходимость  дробления их и сортировки всей полученной после дробления массы на нужные фракции. Это осуществляется на дробильно-сортировочных  установках, работающих по открытому  или замкнутому циклу с использованием щековых, конусных и другого типа дробилок. Дробить и сортировать  известняк целесообразно непосредственно  на карьере и доставлять на завод  лишь рабочие фракции.

3. Обоснование режима тепловой обработки

Обжиг — основная технологическая операция в производстве воздушной извести. При этом протекает ряд сложных физико-химических процессов, определяющих качество продукта. Цель обжига –

• возможно полное разложение СаСО3 и MgCO3 на СаО, MgO и СО2;
• получение высококачественного продукта с оптимальной микроструктурой частичек м их пор.

Если в сырье есть глинистые  и песчаные примеси, то во время обжига между ними и карбонатами происходят реакции с образованием силикатов, алюминатов и, ферритов кальция и магния.

Реакция разложения (декарбонизация) основного компонента известняка -

углекислого кальция идет по схеме: СаСО3↔СаО+СО2.

Теоретически на декарбонизацию 1 моля СаСО3 (100 г) расходуется 179 кДж или 1790 кДж на 1 кг СаСО3. В пересчете на 1 кг получаемого при этом СаО затраты равны 3190 кДж.

Продолжительность обжига определяется также размером кусков обжигаемого

продукта. Для увеличения производительности известеобжигающих печей и снижения пережога поверхностных слоёв кусков желательно в допустимых пределах уменьшения их размеров. При обжиге кусков различной крупности режим процесса определяют исходя из времени, необходимого для обжига кусков средних размеров.

Основное различие в технологиях  производства комой негашеной извести  – в способе обжига. Обжигают известняк в различных печах: шахтных, вращающихся и кипящего слоя;

используют также установки  для обжига известняка во взвешенном состоянии и т.д.

Наибольшее  распространение получили шахтные известеобжигательные печи. В

зависимости от вида применяемого топлива и  способа его сжигания различают шахтные печи, работающие:

• на короткопламенном твердом топливе, вводимом обычно в

шахту перемежающимися с  известняком слоями, такой способ обжига называют

пересыпным, а сами печи – пересыпными;

• на любом твердом топливе, газифицируемом или сжигаемом в выносных топках;
• на жидком топливе;
• на газообразном топливе.

По характеру  процессов, протекающих в шахтной  печи, по её высоте различают три зоны. В верхней части печи - зона подогрева – материал подсушивается и подогревается раскаленными дымовыми газами, и из него выгорают органические примеси. В средней части печи располагается зона обжига, где температура обжигаемого материала изменяется в пределах 850 - 1200 - 900о С; здесь известняк разлагается и из него удаляется углекислый газ. В зоне охлаждения – нижней части печи – известь охлаждается с 900 до 50 – 100о С поступающим с низу воздухом, который в свою очередь нагревается и попадает в

зону обжига для поддержания горения. Противоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтной печи позволяет хорошо использовать тепло отходящих газов на подогрев сырья, а тепло обожженного материала – на подогрев воздуха, переходящего в зону обжига. Поэтому пересыпные шахтные печи экономичны по расходу топлива, однако

известь в них загрязняется золой топлива. Обжиг на природном  газе или жидком топливе позволяет значительно улучшить качество извести, однако конструкции шахтных печей, использующих эти виды топлива, требуют усовершенствования, особенно в отношении подачи топлива в печь.

4. Обоснование типа тепловой установки

Схема технологической  линии для производства извести  показана на рис. 1.37. Раздробленный известняк электровибрационным питателем и ленточным конвейером подается на вибрационный грохот, где сырье сортируется. Мелкие фракции (отсев) ленточным конвейером направляются для переработки в известняковую муку. Деловая фракция (верхний класс) перемещается конвейером в бункера, оборудованные автоматическими весовыми дозаторами . Скиповым подъемником и загрузочным устройством известняк с топливом направляется в шахтную пересыпную печь, оборудованную выгрузочным устройством (шлюзовым затвором). Обожженный известняк подается пластинчатым конвейером в щековую дробилку и далее вертикальным элеватором с помощью тарельчатого питателя загружается в шаровую мельницу. Молотая известь винтовым конвейером передается на склад.

Рис. 1 — Схема технологической линии для производства извести

Известняк обычно обжигают в шахтных или вращающихся  печах. Наиболее распространены шахтные печи,’ работающие на угле (пересыпные печи).

Имеются шахтные известеобжигатель-ные печи производительностью 30, 50, 100 и 200 т/сут, работающие на каменном угле, печи производительностью 200 т/сут, работающие на природном газе, и печи производительностью 150 т/сут, работающие на мазуте.

Шахтная пересыпная печь с  вспомогательным оборудованием (рис. 1.38) представляет собой механизированный тепловой агрегат для обжига извести. Известняк и топливо (кокс, антрацит, тощие угли) загружаются поочередно, слоями. Топливо сгорает непосредственно в печи. При этом происходит декарбонизация известняка и обожженная известь опускается в выгрузочное устройство.

Питание печи известняком и топливом производится из двух бункеров, расположенных над приямком скипового подъемника. Известняк и топливо взвешиваются автоматическим весовым дозатором и подаются ковшом подъемника в расположенное в верхней части шахты загрузочное устройство. Последнее представляет собой периодически поворачивающуюся чэшу, снабженную двумя конусными затворами. Ковш скипового подъемника поднимается лебедкой.

Печь оборудована  автоматическим указателем уровня загрузки шихтой.

В нижней части  печи смонтировано выгрузочное устройство с шлюзовым затвором, обеспечивающее герметичность печи при выдаче из нее извести.

Обожженная  известь подается на пластинчатый конвейер в с металлическим настилом. Количество выгружаемого обожженного известняка регулируется с помощью привода выгрузочного устройства.

Печь работает на искусственной тяге. Конструкция  печи предусматривает рециркуляцию отходящих газов путем отбора их (до 30%) из верхней части шахты и направления по газопроводу в смесительную камеру для смешивания с засасываемым воздухом. Подготовленная газовоздушная смесь нагнетается из смесительной камеры вентиляторами высокого давления в нижнюю часть шахты.

Загрузочное устройство печи представляет собой  подвижную чашу (рис. 1.39), в верхней  части которой расположены радиальные спицы. На спицах подвешен конусный колпак, являющийся одновременно направляющим подшипником вертикальной трубы. Чашу охватывает зубчатый венец, получающий вращение от привода с регулируемой частотой вращения в зависимости от поступления шихты. Зубчатый венец опирается на конические ролики, установленные на станине загрузочного устройства.

 

Рис.2 — Шахтная пересыпная печь со вспомогательным оборудованием

Нижняя открытая часть чаши перекрывается запорным конусом, закрепленным гайками на несущей  трубе. К нижней части станины  загрузочного устройства прикреплена  неподвижная чаша, перекрываемая запорным конусом, насаженным на выдвижной шток.