CS212739B2 - Apparatus for firing fine-grained materials - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení k vypalování jemnozrnného· materiálu.

K vypalování práškových surovin, zejména · portlandského slínku, se používá zařízení sestávající z kombinace rotační pece s fluidním pře-dehřívačem a s roštovým chladičem, které má vysokou tepelnou účinnost a velkou výrobní kapacitu. V nedávné době byla navržena a předvedena rotační pec s disperzním předehřívačem, v němž je upraven kalcinační hořák, takže endotermická reakce suroviny je prakticky dokončena před vstupem do rotační pece; v důsledku toho lze výkon rotační pece zdvojnásobit ve srovnání s běžnou rotační pecí s disperzním předehřívačem bez kalcinačního hořáku. Obecně platí, že čím má pec větší rozměry, tím kratší životnost má použitý žáruvzdorný materiál; avšak u rotační pece s kalcinačním horákem lze zdojnásobit produkci proti dosavadním zařízením bez předběžné kalcinace při stejné velikosti pece.

Přesto· však mají běžné rotační pece · s kalcinačním předehřívačem a roštovým chladičem řadu problémů a nedostatků, zejména pokud jde o chlazení slínku a o výšku celého zařízení při zvětšování · výrobní kapacity. Jak ukazuje obr. 1, surovina přiváděná do disperzního· kalcinačního předehřívače 1 zavážecím otvorem I nejvyššího stupně se · zahřívá horkým · plynem a přitom proudí dolů z jednoho stupně do druhého. Do kalcinačního hořáku 5, upraveného v nejdolejším stupni disperzního předehřívače 1, se vede ohřátý chladicí vzduch z roštového chladiče 3 slínku kanálem 82 sekundárního vzduchu. V důsledku toho proběhne v disperzním kalcinačním předehřívači 1 prakticky úplně endotermická reakce suroviny, zatímco v běžných rotačních pecích s předehřívačem probíhá reakce v předehřívači pouze asi do 40 %. Potom se surovina zavádí do rotační pece 2 a vypaluje na slínek, jenž pak spadává na rošt 6 roštového chladiče 3. Při tom, jak slínek prochází směrem k' výstupnímu konci II působením vratného pohybu roštu 6, ochlazuje se chladicím vzduchem přiváděným dmychadlem 7 a proudícím vrstvou slínku z dolní strany roštu 6. Z chladicího vzduchu, který se · ohřeje průchodem vrstvou slínku, se vzduch s nejvyšší teplotou zavádí do rotační pece 2 krytem spojujícím roštový chladič · 3 s pecí 2, a to jako spalovací vzduch hořáku 4 pece, další podíl vzduchu s nepatrně nižší teplotou se zavádí otvorem 8 do disperzního předehřívače 1 jako spalovací vzduch pro kalcinační hořák 5, a to· přes odlučovač 81 prachu k odstranění práškového slínku a přes kanál 82 sekundárního vzduchu. Zbývající vzduch se vypouští otvorem 9 chladiče 3 .. do atmosféry, přičemž před vypuštěním se zbavuje prachu v neznázorněném odlučovači.

V běžných zařízeních tohoto· druhu je rychlotet vzduchu v kanále 82 sekundárního vzduchu z ekonomických důvodů zpravidla vyšší než rychlost plynů v peci 2, a mimoto je odlučovač 81 prachu vytvořen tak, že průtočná soustava sekundárního vzduchu má vyšší odpor proti proudění než průtočná soustava pecního plynu. Průtočná soustava pecního plynu v disperzním kalcinačním předehřívači 1 je opatřena otvorem 83 (zúženým plynovým průchodem], aby se vyrovnalo proudění v obou soustavách. Místo otvoru 83 může být v kanále 82 sekundárního vzduchu upraven ventilátor, což však není z hlediska životnosti výhodné, poněvadž ventilátor přichází do styku s horkým vzduchem obsahujícím slínkový prach. Prach zachycený odlučovačem 81 se vrací do chladiče 3.

V rotační peci s disperzním kalcinačním předehřívačem popsaného typu, i když jde o zařízení velkých rozměrů, má žáruvzdorná vyzdívka dlouhou životnost, takže zařízení zůstává v provozu po dlouhou dobu, protože tepelné zatížení rotační pece se značně sníží působením· kalcinačního hořáku v předehřívači, ve srovnání s pecemi bez kalcinačního předehřívače. Nicméně všák se zvětší nárazy, kterými působí slínek spadávající z· rotační pece 2 na roštový chladič · 3, a současně se zvyšuje tepelné zatížení chladiče 3. V důsledku toho se podstatně zvyšuje opotřebení a otěr roštu 6 v části chladiče 3 s vysokou teplotou. Šířka roštu 6 se nedá zvětšit úměrně ke kapacitě rotační pece 2, protože při jejím zvětšení se nepříznivě ovlivní tvorba slínkové vrstvy na roštu 6. Rychlost roštu 6 se rovněž nedá zvětšit úměrně ke zvýšené kapacitě, protože tím by se úměrně zvýšilo jeho opotřebení a otěr. V důsledku toho se při zvětšování zařízení postupně zvyšuje tloušťka · slínkové vrstvy na roštu 6, což má za následek, že příkon dmychadla 7 pro chladicí vzduch se rovněž zvětšuje následkem vzrůstajícího průtokového odporu slínkové vrstvy.

Zkrácení doby životnosti roštového chladiče, zejména jeho roštových desek, představuje tedy při zvyšování kapacity zařízení velmi vážný problém. Pokud jde o životnost, je velmi výhodný několikaválcový chladič planetového typu: protože · však veškerý vzduch sloužící ke chlazení slínku se z konstrukčních důvodů musí vést do- pece, není tento chladič použitelný pro rotační pece s kalcinačním hořákem popsaného typu. Mimoto je několikaválcový chladič planetového, typu, méně výkonný a má nižší chladicí účinek než roštový chladič. Kromě toho v běžných předehřívačích s kalcinačním hořákem musí být v systému proudění plynu z pece vytvořen zúžený otvor 83, aby se vytvořila rovnováha proudění v obou soustavách, a tím se· zvýší spotřeba energie.

Účelem vynálezu je odstranit nevýhody známých zařízení, zvětšit kapacitu zařízení a současně zmenšit jeho· stavební výšku. Předmětem vynálezu je zařízení k vypalování jemnozrnného materiálu, zejména portlandského slínku, s disperzním předehřívačem s přídavným kalcinačním· hořákem, a rotační pecí a na ni navazujícím roštovým chla dičem, z něhož se ohřátý chladicí vzduch zavádí jako spalovací vzduch ke kalcinačnímu horáku disperzního předehřívače. Podstata vynálezu spočívá v tom, že před hlavním roštovým chladičem je umístěn předřazený planetový chladič upevněný soustředně na výpadovém konci rotační pece, přičemž planetový chladič a roštový chladič jsou uloženy v podstatě rovnoběžně za sebou a chladicí roury planetového chladiče vypouštějí materiál na roštový chladič v horní polovině kruhové dráhy planetového chladiče.

Podle výhodného provedení vynálezu je mezi planetovým chladičem a roštovým chladičem upravena šikmá stěna к vedení slínku, a výstupní konec každého válce planetového chladiče ie opatřen přepadem.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s následujícím popisem výhodného provedení ve spojení s výkresy, kde obr. 1 ukazuje v částečném řezu běžnou rotační pec s kalcinačním hořákem, na obr. 2 v bokorysu a částečném řezu rotační pec podle vynálezu a obr. 3 grafy znázorňující průběh chlazení slínku v zařízeních podle obr. 1 a 2, přičemž na ose pořadnic je vynesena teplota a na ose úseček doby prodlevy v předřazeném a hlavním chladiči.

Výhoda zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že značně snižuje měrnou spotřebu energie, udržuje dlouhou životnost roštového chladiče a má ve srovnání s dosavadními zařízeními menší stavební výšku.

Zařízení podle vynálezu, znázorněné na obr. 2 je podobné známému zařízení podle obr. 1 s tím rozdílem, že horký slínek se chladí v několikaválcovém předřazeném planetovém chladiči 31, který tvoří konstrukční jednotku s rotační pecí 2, a v hlavním roštovém chladiči 32. Spalovací 'vzduch s teplotou okolí se v množství potřebném pro spalování přivádí do hořáku 4 rotační pece 2 přes válce planetového chladiče 31, takže horký slínek v každém válci se prudce ochladí dřív, než přijde do hlavního roštového chladiče 32. V roštovém chladiči 32 se slíneík úplně ochladí a předehřátý chladicí vzduch v množství potřebném pro spalování v kalcinačním hořáku 5 se přivádí přes neznázorněný odlučovač kanálem 82 sekundárního vzduchu do disperzního kalcinačního předehřívače 1 ke zlepšení jeho tepelné účinnosti. Zbývající chladicí vzduch z celkového množství přiváděného dmychadlem 7 do roštového· chladiče 32 se vypouští do atmosféry otvorem 9 přes neznázorněný odlučovač prachu.

V následujícím textu bude popsána podrobně funkce zařízení podle vynálezu. Za předpokladu, že poměr palivového oleje, který se má přivádět do hořáku 4 rotační pece 2 a do kalcinačního hořáku 5 disperzního předehřívače 1 je 4 : 6, a že slínek vycházející z rotační pece 2 do planetového chladiče 31 má teplotu kolem 1300 °C, o-chlazuje se slíneik rychle vzduchem s teplotou asi 20°C, vtahovaným v důsledku proudění v rotační peci 2 do válců planetového chladiče 31 v množství 0,3 Nm³/kg slínku. Slínek se tedy může ochladit na teplotu 900 °C, než přejde do roštového chladiče 32, a spalovací vzduch předehřátý asi na 900 ^QC se může zavádět do rotační pece 2. Slínek vypouštěný zplanetového chladiče 31 na rošt 6 roštového chladiče 32 se může úplně ochladit asi na 60 °C chladicím vzduchem s teplotou okolí, přiváděným v množství asi 2,4 Nm³/kg slínku, a chladicí vzduch předehřátý přibližně na 600 stupňů Celsia se může zavádět kanálem 82 sekundárního vzduchu do disperzního kalcinačního předehřívače 1 v množství 0,6 Nm³/ /kg slínku; zbývající vzduch s teplotou asi 190 °C se vypouští otvorem 9 v množství 1,8 Nm³/kg slínku do ovzduší.

Obecně se žádá, aby slínek vypouštěný z rotační pece se prudce ochladil na 10i0|0^oC, aby měl vyhovující jakost. Chladící rychlost slínku v několikaválcovém planetovém chladiči, spojeném s běžnou rotační pecí s disperzním předehřívačem bez kalcinačního hořáku, je znázorněna na cbr. 3 křivkou a, přičemž chladicí vzduch se přivádí v množství 0,9 Nm³/kg slínku; vzduch se v tomto případě předehřívá v chladiči rychlostí znázorněnou křivkou d. Pro roštový chladič, do kterého se přivádí chladící vzduch v množství asi 2,7 Nm³/kg slínku, je rychlost chlazení slínku znázorněna křivkou b. Je patrno, že roštovým chladičem se slínek chladí rychleji a dokonaleji než několikaválcovým planetovým chladičem.

Naproti tomu v zařízení podle vynálezu se horký slínek prudce ochlazuje v několikaválcovém planetovém chladiči 31 podle křivky 6 mezi body А а В na obr. 3, takže vypouštěný slínek může mít teplotu 900 °C. Spalovací vzduch pro hořák 4 rotační pece 2 se předehřívá podle křivky e. Z křivek je patrno, že rychlost a chladící účinnost planetového chladiče 31 podle vynálezu je v podstatě stejná, jako účinnost roštového chladiče. Slínek přiváděný do hlavního roštového chladiče 32 se dále ochlazuje podle křivky bod bodu В do bodu C, kde teplota je asi 60 °C. Protože se slínek ochladí na teplotu kolem 900 °C v předřazeném planetovém chladiči 31, který nemá žádné části podléhající opotřebení, například rošt, je tepelné zatížení hlavního roštového chladiče 32 podstatně menší.

U stávajících zařízení byla navržena a předvedena skloněná vypouštěcí plocha upravená na horkém konci roštového chladiče, která brání přímému působení nárazů horkého slínku vycházejícího z rotační pece na rošt. Tato šikmá plocha rovněž usnadňuje vytvoření lože nebo vrstvy slínku na roštu. V praxi však bylo zjištěno, že slínek vystupující z pece je částečně v tekuté fázi, takže se nalepuje a narůstá na šikmé vypouštěcí ploše a tím způsobuje poruchy. Naproti tomu v zařízení podle vynálezu se slínek, který se má zavést do hlavního roštového chladiče 32, prudce ochlazuje v planetovém chladiči 31 na méně než 1000 ^QC; při této· teplotě je slínek v pevné fázi, alespoň na povrchu, a nelepí. V důsledku toho může být na horkém konci roštového chladiče 32 bez obtíží upravena šikmá stěna 10 nebo· . kapsa 11. Šikmá stěna 10 tlumí náraz slínku přiváděného na rošt 6 a současně jej rovnoměrně rozděluje po celé šířce roštu 6, takže vytváří stejnoměrné lože nebo vrstvu slínku.

Podle vynálezu je na výstupním konci každého válce planetového chladiče 31 upraven přepad 12, takže slínek je vypouštěn z planetového chladiče 31 do roštového chladiče 32 v nejvyšší poloze každého válce. Roštový chladič 32 je uložen .spolu s rotační pecí 2 a planetovým chladičem 31 v podstatě v jedné rovině, takže celkovou výšku zařízení lze snížit asi o 10 m ve srovnání s běžným zařízením typu podle obr. 1.

Ve srovnání s obvyklým několikaválcovým chladičem planetového typu u rotačních pecí s fluidním předehřívačem bez kalcinačního hořáku je průměrný teplotní rozdíl mezi slínkem a chladicím vzduchem l,5násobkem, a teplo, které .se má vyměnit v planetovém chladiči 31, představuje pouze asi 40· procent slínek se ochlazuje z teploty 1300 stupňů Celsia na 900 °C vzduchem s teplotou okolí. V důsledku toho lze velikost planetového chladiče 31 zmenšit o třetinu až čtvrtinu, takže i když se kapacita celého zařízení zvětší, planetový chladič 31 může být upevněn na výpadovém konci na prodlouženém tělese rotační pece 2 jako na konzole bez přídavné podpěry.

Z hlediska spotřeby elektrické energie přináší vynález rovněž značné výhody. Chladící vzduch se přivádí do roštového chladiče 32 s nuceným tahem, aby mohl projít vrstvou slínku. U roštového chladiče 32 s kapacitou 100 až 150 t slínku za hodinu je v důsledku toho· příkon dmychadla asi 5 kWh/t slínku, což je hodnota značně větší něž u jiných chladičů. Čím je vyšší teplota slínku, tím je mimo to vyšší odpor vrstvy slínku proti proudění. Podle · vynálezu se však horký slínek prudce ochlazuje v předřazeném planetovém chladiči 31, jehož odpor proti proudění je velmi malý; mimo to je tento odpor proti proudění v planetovém chladiči 31, ' který se přičítá k systému proudění rotační pece, kompenzován tím, že je vynechán zúžený otvor 83 obvyklý u. běžných rotačních pecích s kalcinačním· předehřívačem. Planetový chladič podle vynálezu tedy nemá žádné · přídavné nároky na energii. Ve srovnání s běžným zařízením s roštovým chladičem shora uvedené kapacity lze příkon dmychadla 7 pro· chladicí vzduch v zařízení podle vynálezu snížit o 1,5 kWh/t slínku.

V běžném roštovém chladiči, přiřazeném rotační peci s disperzním předehřívačem nebo disperzním kalcinačním předehřívačem platí, že čím větší je kapacita rotační pece, tím se zvětšuje tloušťka slínku na roštu. V zařízení podle vynálezu je však šikmá stě na 10 nebo kapsa 11 slínku upravena tak, že · na rošt 6 nepůsobí nárazy slínku a že se slínek stejnoměrně rozkládá po jeho celé ploše. Tloušťka vrstvy slínku se tedy při zvyšování kapacity zařízení podstatně nezvětšuje. V důsledku toho lze příkon · dmychadla v zařízení podle vynálezu snížit až o 2,0 kWh/t slínku v případě zařízení s velkou kapacitou.

Není-li třeba chladit sílnek na teplotu pod 100 °C, lze podle · výhodného provedení vynálezu použít metody dvojího průchodu pro hlavní chladič. V tomto případě je komora chladiče nad roštem rozdělena na dvě pásma, a to na vysokoteplotní a nízkoteplotní pásmo, a chladící vzduch se do· těchto pásem přivádí odděleně dvěma nezávislými ventilátory. Chladící vzduch přiváděný do nízkoteplotního pásma se vypouští vypouštěcím otvorem a vede přes odlučovač prachu na sací stranu ventilátoru pro vysokoteplotní pásmo. Horký slínek se tedy chladí vzduchem vypouštěným z nízkoteplotního pásma. Metodou dvojího průchodu se zvýší tepelný rekuperační účinek celého· zařízení a mimo to lze prakticky úplně odstranit znečištění vzduchu způsobené vypouštěním chladícího vzduchu do atmosféry. Tato možnost sice již byla navržena a předvedena i u běžných rotačních pecí s disperzním předehříváním, avšak neosvědčila se, protože rošt ve vysokoteplotním· pásmu se· přehříval a tím se značně snížila jeho· životnost. Naproti tomu v zařízení podle vynálezu se slínek ochlazený asi na 900 °C zavádí do hlavního chladiče, takže rošt hlavního· chladiče se nepřehřívá. Při respektování kritérií týkajících se teploty slínku lze místo roštového chladiče použít i protiproudového rotačního· chladiče, takže spotřeba energie se dále· sníží a odstraní se vypouštění chladicího vzduchu do atmosféry. Použije-li se metody dvojího průchodu v roštovém chladiči nebo protiproudového rotačního chladiče, lze dosáhnout optimálních účinků podle vynálezu, to znamená, snížení tepelného zatížení hlavního chladiče a zmenšení celkové stavební výšky zařízení.

Výhody vynálezu lze shrnout do těchto bodů:

1] · několikaválcový předřazený planetový chladič typu, který tvoří nedílnou konstrukci s rotační pecí, prudce ochlazuje slínek pod teplotu 1000 °C pouze pomocí vzduchu, který pak slouží jako předehřátý spalovací vzduch pro rotační pec. Planetový chladič je konstrukčně jednoduchý a je vhodný ve spojení s rotační pecí s velkou kapacitou.

2) Na horkém konci hlavního chladiče je upravena šikmá stěna nebo slínková kapsa, takže na rošt nepůsobí přímo náraz slínku; současně se zlepší rovnoměrné rozložení slínku po celé šíři roštu. V důsledku použití předřazeného chladiče se značně zmenší tepelné zatížení hlavního chladiče, takže se nesnižuje jeho životnost při zvýšení kapacity rotační pece.

3) Na výpadovém konci předřazeného chladiče je přepad, takže slínek se vypouští . do hlavního chladiče pouze tehdy, když válec předřazeného chladiče dosáhne nejvyšší polohy. Rotační pec a hlavní chladič mohou pak být upraveny téměř vodorovně a za -sebou, takže celková stavební výška rotační pece s předehřívačem se může zmenšit až o 10 m ve srovnání s dosavadními konstrukcemi.

4) Protože průměrný teplotní rozdíl mezi slínkem a chladicím vzduchem v předřazeném planetovém chladiči je velký a množství tepla, které se má v chladiči vyměnit, ' je menší, může být planetový chladič uložen na výstupním konci protáhlého tělesa rotační pece jako na konzole. Na rozdíl od chladiče planetového typu, tvořícího hlavní chladič rotačních pecí s disperzním předehřívačem pro velkou kapacitu, nemusí mít předřazený chladič nosnou konstrukci.

5) Horký slínek, jehož odpor proti proudění vzduchu je vysoký, se prudce ochlazuje v planetovém chladiči, takže i při použití hlavního chladiče roštového typu lze dosáhnout úspory - elektrické energie 1,5 až 2 kWh/t slínku.

6) Není-li třeba chladit slínek na teplotu pod 100 °C, lze použít metody dvojího průchodu v roštovém chladiči nebo protiproudového rotačního chladiče, čímž se zlepší tepelný rekuperační účinek a odstraní se ztráty vypouštěním chladicího vzduchu do- atmosféry.

Claims (3)

1. Zařízení к vypalování jemnozrnného materiálu, zejména portlandského slínku, s disperzním předehřívačem s přídavným kalcinačním hořákem, s rotační pecí a na ni navazujícím roštovým chladičem, z něhož se ohřátý chladicí vzduch zavádí jako spalovací vzduch ke kalcinačnímu hořáku disperzního předehřívače, vyznačující se tím, že před hlavním roštovým chladičem (32) je umístěn předřazený planetový - chladič (31) upevněný soustředně na výpadovém konci rotační pece (2), přičemž planetový chladič (31) a roštový chladič (.32) jsou uloženy rovnoběžně za sebou a chladicí roury planetového chladiče (31) mají výpust materiálu na roštový chladič (32) v horní polovině kruhové dráhy planetového- chladiče (31).

2, Zařízení podle bodu 1 vyznačující se tím, že mezi planetovým chladičem (31) a roštovým chladičem (32) je upravena šikmá stěna (10) k vedení slínku.

3. Zařízení -podle bodu 1 nebo 2, vyznačující .se tím, že výstupní konec každého válce planetového- chladiče (31) je opatřen přepadem (12).