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

Запорные конусы служат затворами, обеспечивающими герметичность  загрузочного устройства. Прорыв газов между станиной и подвижной чашей предотвращается песочным затвором.

Перед выпуском шихты в печь верхнюю подвижную  чашу поворачивают на некоторый угол, в результате чего гранулометрический состав шихты выравнивается по всему поперечному сечению шахты. Кроме того, перепуск шихты через два конуса также способствует выравниванию гранулометрического состава.

Открываются конусы (поднимается  верхний и опускается нижний) поочередно и автоматически во время движения ковша скипового подъемника. Закрывается верхний конус под действием собственного веса, нижний — под действием противовеса.

Печь имеет автоматический указатель уровня штангового типа, который кинематически связан с механизмом подъема нижнего конусного затвора. Указатель уровня связан также с пусковым устройством и устройством автоматической весовой дозировки, электрически сблокированным с лебедкой скипового подъемника. Печь загружается шихтой автоматически под действием импульса, подаваемого указателем уровня загрузки.

Выгрузочное устройство печи с шлюзовым затвором (рис. 1.40) предназначено для выгрузки обожженной извести из-под холодильника шахтной печи. Оно состоит из разгрузочного и шлюзового механизмов и шлюзового затвора.

Разгрузочный  механизм имеет решетку, вертикальный вал, бункер-воронку, подпятник и привод.

Решетка занимает все сечение шахты печи и имеет  на рабочей поверхности зубья, расположенные  под углом 30°. Зубья направляют опускающиеся куски извести в отверстия между спицами решетки. Размеры, расположение и сечение отверстий рассчитаны на равномерную выгрузку извести по всему поперечному сечению шахты печи.

Вращение разгрузочной решетки  передается от электропривода. Частота  вращения решетки 0,61 … 4,84 об/ч.

Куски обожженной извести, провалившиеся через отверстия  решетки, поступают в бункер-воронку, в которую подводится под давлением  воздух, необходимый для сгорания топлива. Воздуху передается теплота  от выгружаемой извести. Разгрузочный механизм размещен на опорной раме, концы которой заделаны в колонны, поддерживающие печь.

Из бункера-воронки  обожженная известь поступает через  промежуточный патрубок в герметический двухкамерный шлюзовой затвор, препятствующий выходу воздуха при выгрузке извести.

Люки для  прохода извести из одной камеры в другую закрываются клапанами, снабженными противовесами.

Рис. 3 — Выгрузочное устройство шахтной пересыпной печи: 
1 — редуктор; 2 — электродвигатель; 3 — зубчатая пара; 4 — вариатор привода; 5 — коническая зубчатая пара; 6 — бункер-воронка; 7 — решетка; 8 — датчик; 9 — смотро-ной люк: 10 — промежуточный разгрузочный патрубок; 11, 13, 16 система рычагов шлюзового затвора; 12 — подпятник; 14 — шлюзовой затвор; 15 — противовес; 17 — кулачковый вал; 18 — опорная рама

Для перепуска  извести из одной камеры в другую клапаны открываются кулачковым валом. Кулачки вала смещены один относительно другого на 120°, благодаря чему следующий клапан открывается только в тот момент, когда предыдущий клапан закроется.

5. Конструкция, работа, обслуживание и контроль установки

     Шахтные печи, представляют собой полый цилиндр, имеющий наружный стальной кожух толщиной около 1 см и внутреннюю огнеупорную кладку, вертикально установленный на фундаменте. Эти печи характеризуются непрерывностью действия и простотой в эксплуатации. Строительство шахтных печей требует относительно небольших капиталовложений.

 

       В зависимости от вида применяющегося топлива и способа его сжигания различают шахтные печи, работающие на короткопламенном твёрдом топливе, вводимом обычно в печь вместе с обжигаемым материалом; т.к. известняк и кустовое топливо при этом загружают в шахту перемежающимися слоями, то иногда такой способ обжига называют пересыпным, а сами печи – пересыпными; на любом твердом топливе , газифицируемом или сжигаемом в выносных потоках, размещаемых непосредственно у печи; на жидком топливе; на газовом топливе, натуральном или искусственном.

       По характеру процессов , протекающих в шахтной печи, различают три зоны по высоте: подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева, к которой относят верхнюю часть печи с температурой пространства не выше 850oС , материал подсушивается и подогревается поднимающимися раскалёнными дымовыми газами. Здесь выгорают также органические примеси. Поднимающиеся газы, в свою очередь , благодаря теплообмену между ними и загруженным материалом охлаждаются и далее отводятся вверх печи.

  Зона обжига размещается в средней части печи, где температура обжигаемого материала изменяется от 850oС до 1200oС и затем 900oС; здесь известняк разлагается , из него удаляется углекислый газ.

      Зона охлаждения – нижняя часть печи. В этой зоне известь охлаждается от 900oС до 50-100oС поступающим снизу воздухом , который далее поднимается в зону обжига.

      Движение воздуха и газов в шахтных печах обеспечивается работой вентиляторов, нагнетающих в печь воздух и отсасывающих из неё дымовые газы. Противоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтной печи позволяет хорошо использовать теплоту отходящих газов на прогрев сырья, а теплоту обожжённого материала – на подогрев воздуха, идущего в зону обжига.

6. Технологический расчет

1. Расчет количества печи

Для поучения 100 000 т в год(т.е. тон в сутки, так как в год приняли 350 рабочих суток, или )286 т/сутки карбонатного сырья по массе составит:

Производительность печи: Р = 12·2,3 = 27,6 кг/ сутки.

Количество печей:

Принимаем 14 печей.

2. Расчет конструированных размеров шахтной печи

 

Полезный объем шахты V_ш (м³) определяем из уравнения:

 

Откуда 

 

где t – время пребывания материала в печи, ч;

      γ – масса 1 м³ извести, равная 800кг/м³;

      P – производительность печи (кг извести в сутки).

Тогда полезный объем шахты  составит:

 

Отношение высоты шахты к среднему диаметру принимаем       .

Средний диаметр шахты  определяем из выражения:

 

где

 

Тогда средний диаметр  печи:

 

Принимаем диаметр 

Тогда высота шахты 

Суточный удельный съем извести  с 1 м² полезного (рабочего) объема шахты составляет:

 

Суточный удельный съем извести  с 1 м³поперечного сечения шахты:

 

Величины удельной производительности с 1 м³ и 1м² в сутки и для практически работающих шахтных печей составляют:

 

 

В нормально работающей печи тепловые зоны занимают примерно следующую часть всего объема печи (% или м³):

Зона подогрева———————— 25или72,5

Зона обжига————————— 50, или 145

Зона охлаждения ——————— 25,или 72,5

Зона подогрева  начинается в той части печи, где  температура газов составляет около 900^оС. С точки зрения экономичности работы большое значение имеет высота этой зоны, так как недостаточная ее высота приводит к повышенной ее температуре отходящих газов и как следствие к недостаточному использованию теплоты. Поэтому высота зоны подогрева обычно должна составлять h_п=3,75 м.

Зона обжига является основной зоной основных химических реакций, протекающих в печи. Начало и конец этой зоны определяется температурой обжигаемого материала. Начало ее соответствует той высоте шахты, где опускающийся загруженный в печь известняк достигает температуры 850 — 900^оС. Конец зоны обжига соответствует высоте шахты, где обожженный материал под влиянием встречного воздуха охлаждается и достигается температуры 800 — 850^оС. Высота зоны обжига составляет h_об = 7,5 м. высота зон подогрева и обжига в шахтных печах составляет обычно h_об = 8…10 м.

Зона охлаждения начинается на той высоте печи, где  прекращается горение топлива и достигает места выгрузки извести. Высота ее h_ох = 3,5 м.

7. Теплотехнический  расчет

1. Исходные  данные

Производительность  печи Р₁ = 100000 т в год.

Средний химический состав известняка (%):

СаСО₂ — 93,5; MgCO₃ —0,5; R₂O₃ + SiO₂ — 3; H₂O — 3; (Под R₂O₃ понимают полуторные окислы, т.е. Al₂O₃ и Fe₂O₃).

Топливо –  природный газ Елшанского месторождения (Саратовская область).

Объемный  состав исходного топлива (%):

СН₄ —93,2; С₂Н₆ — 0,7; С₃Н₈ — 0,6; С₄Н₁₀ — 0,6; N₂ — 4,9.

Плотность сухого газа ρ_с.г = 0,765 кг/м².

Коэффициент избытка воздуха α = 1,25.

Относительная влажность воздуха φ = 75%.

Температура поступающего воздуха, известняка и  природного газа t_в,t_и,t_г = 16^оС.

Температура уходящих газов t_ух=350 ^оС.

• Выгружаемой извести t_изв= 50 ^оС.
• Обжига t_обж=1080 ^оС.

Степень обжига известняка η = 94,3%.

Максимальная  действительная температура обжига известняка колеблится в пределах 1000 – 1200^оС.

2. Расчет материального  баланса процесса обжига известняка

Количество  неразложившегося известняка СаСО₃ в извести определяют из следующего равенства:

 

где – содержание в известняке;

       - искомое количество неразложившегося в извести, %;

       - выход из 1 кг ;

       - содержание в известняке, %;

       40,35 и  84,35 – молекулярная масса соответственно  и ;

       - активность извести (85%).

После подстановки значений в формулу (1) и преобразования получим:

 

 

 

 

При обжиге одного кг известняка выделяется:

CO₂ из СаСО₃ ——————————————————  кг

CO₂ из MgСО₃   —————————————————————   кг

H₂O   ——————————————————————————————— 0,030 кг

Всего    ——————————————————————————————   0,419 кг Расход известняка на 1 кг извести стандартного качества кг.

Известняк массой 100кг содержит (кг); СаСО₂ – 93,5; MgCO₃ –0,5; R₂O₃ + SiO₂ –3; H₂O – 3.

При обжиге разлагается СаСО₃: 93,5 · 0,943 = 87,8 кг.

Неразложившийся остаток СаСО₃: 93,5 – 87,8 = 5,7 кг.

По реакциям получается:

СаСО₃ = СаО + СО₂;

49,16 кг СаО;

МgCO₃ = MgO + CO₂;

0,24 кг MgO.

Состав и расход известняка на 1 кг в извести по массе приведены  в таблице 1

Таблица 1 —  состав и расход известняка

Состав	Количество компонентов, составляющих 1 кг известняка, кг	Расход известняка на 1 кг извести, кг
СаСО3 MgCO3 R2O3 + SiO2 H2O	0,935 0,005 0,030 0,030	1,608 0,009 0,052 0,052
Итого	1	1,720

 

На основании  приведенного выше расчета составляем материальный баланс процесса обжига известняка(табл.2).

Количество CaO в выпускаемой из печи извести будет равно 49,16 кг.

Содержание СаО в извести равно:

 

Из 100 кг известняка получается стандартной 85%-ной извести:

 

Следовательно, материальный расчет выполнен правильно.

Таблица 2 —  материальный баланс обжига на 100 кг известняка

Приходные статьи	Количество, кг	Расходные статьи	Количество, кг	Расходные статьи	Количество, кг
Известняк: CaCO3 MgCO3 R2O3 + SiO2 H2O	93,5 0,5 3 3	Известь: CaO MgO CaCO3 R2O3 + SiO2	49,16 0,24 5,7 3,0	Газ: CO2 из СаСО3 CO2 из MgCO3 H2O из известняка	38,6 0,3 0,3
Итого	100	Итого	58,1	Итого	41,9
		Всего                   100

 

Теоретически  для получения 1 кг CаO необходимо затратить для обжига 100/56  = 1,786 кг СаСО₃. Как видно, практически при обжиге известняка получается меньшее количество жженой извести и углекислого газа, так как не весь известняк, загруженный в печь, разлагается.

3. Расчет времени  обжига

Время нахождения известняка в печи зависит от величины кусков загружаемого материала, температурного перепада и коэффициента теплопередачи. Время нахождения в печи обычно рассчитывают по зонам: в зоне нагревания t_н, в зоне обжига t_об и в зоне охлаждения t_ох:

t= t_н+ t_об+ t_ох.

Для расчета  t к принятым ранее исходным данным добавляем показатели температуры.

• начало разложения известняка t_p=856^oC
• известняка, выходящего из зоны обжига t_об=940^оС
• средний радиус куска известняка (принимается, что куски известняка имеют форму шара) d=0,06м
• температура воздуха на входе в зону обжига t_об=400^оС.