CS240276B1

CS240276B1 - Passable arc plasma furnace

Info

Publication number: CS240276B1
Application number: CS834575A
Authority: CS
Inventors: Antonin Pokorny
Original assignee: Antonin Pokorny
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CS457583A1

Abstract

Plazmová pec je určená pro tepelné zpracování sypkých, práškovitých nebo zrnitých surovinových směsí, např. cementářské surovinové moučky pro výrobu slínku. Pec je vytvořena z jednoho nebo více na sebe umístěných svislých válcových dílů, tvořících těleso pece. Tyto díly jsou opatřeny bočně po vnitřním obvodu obíhající elektrodou, směřující napříč do vnitřního prostoru pece, a prstencovou chlazenou protielektrodou, umístěnou v odpovídající výšce proti obíhající elektrodě. Obíhající elektrody s příslušnými protielektrodami jsou umístěny spirálovitě po celé výšce pece.The plasma furnace is designed for the thermal treatment of loose, powdery or granular raw material mixtures, e.g. cement raw material flour for the production of clinker. The furnace is made of one or more vertically arranged cylindrical parts forming the furnace body. These parts are provided with a circulating electrode laterally along the inner circumference, directed transversely into the inner space of the furnace, and an annular cooled counter electrode, located at a corresponding height opposite the circulating electrode. The circulating electrodes with the respective counter electrodes are arranged spirally along the entire height of the furnace.

Description

Vynález se týká průchodné obloukové plazmové pece, sestávající z obíhající elektrody a z pevné prstencové chlazené protlelektrody, které jsou umístěné spirálovitě po vnitřním obvodu pece.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a continuous arc plasma furnace consisting of a circulating electrode and a solid annular cooled counter electrode, which are spirally positioned around the inner periphery of the furnace.

Účelem vynálezu je tepelně zpracovat sypké, práškové nebo zrnité surovinové materiály, např. cementářsikou surovinovou moučku pomocí plazmy na cementářský slínek.The purpose of the invention is to heat-treat bulk, powdered or granular raw materials, for example, cement-based raw meal using plasma to form cement clinker.

Je známo, že doposud výpal práškových a jemně zrnitých materiálů, například cementářské suroviny se próvádí v zařízeních, kde materiály se zpracovávají převážně ve vznosu. V oblasti výroby cementářského slínku výpal se uskuteční v zařízení, u kterých je zařazen mezi rotační pec a dispersní předehřívač kalcinační systém s vlastním přívodem paliva. V tomto kalcinačním systému se uskutečňuje převážná část kalcinace, takže v rotační peci probíhá pouze slinování, popřípadě dokončení kalcinace. Většina kalcinačních systémů sestává z vlastní kalcinační komory, kde probíhá spalování paliva včetně kalcinačního procesu a z odlučovacího tzv. horkého cyklónu, kde se odděluje zkalcinovaná surovina od odpadních plynů. Spojení kalcinační komory a horkého cyklónu je převážně řešeno kanálem pro odtah kouřových plynů.It is known that to date the firing of powdered and fine-grained materials, for example cementitious raw materials, has been carried out in plants where the materials are predominantly suspended. In the area of cement clinker production, firing will take place in plants where a calcining system with its own fuel supply is included between the rotary kiln and the dispersion preheater. In this calcination system, the bulk of the calcination takes place, so that only the sintering or completion of the calcination takes place in the rotary kiln. Most calcination systems consist of their own calcination chamber, where combustion of the fuel takes place, including the calcination process, and a so-called hot cyclone, where the calcined feedstock is separated from the waste gases. The connection of the calcination chamber and the hot cyclone is mainly solved by a flue gas duct.

Toto řešení nerespektuje z hlediska provozní spolehlivosti extrémní stavy prováděného technologického procesu. Během provozu se totiž vyskytují rozkolísané úseky, při kterých dochází k tvorbě nálepků nebo usazenin na vnitřních plochách kalcinační komory.This solution does not respect the extreme states of the technological process in terms of operational reliability. This is because during operation, there are fluctuating sections, in which stickers or deposits are formed on the inner surfaces of the calcining chamber.

V důsledku technologického rozdělení výpalu na dvě etapy je nutné rozdělit celkové potřebné množství tepelné energie dříve uvolňované na jednom místě v rotační peci, a každý díl přivádět v tomto místě, kde probíhá příslušná etapa .technologického procesu. Tepelnou energii potřebnou pro etapu zkalcinování suroviny tvoří z části odpadní plyny z následující etapy technologického procesu, slinování, prováděného nejčastěji v rotační peci, a zčásti ji tvoří palivo spalované přímo v prostoru tohoto dispersního kalcinačního stupně. To znamená, že u způsobu výpalu s odělenou kalcinací suroviny jsou za sebou zařazeny dva procesy spalování paliva v odělených prostorech, přičemž jeden se uskutečňuje v rotační peci a druhý v kalcinačním stupni. Do každého spalovacího prostoru je nutno mimo palivo přivádět potřebné množství co nejvíce předehřátého spalovacího vzduchu, jehož zdrojem je chladič slínku, zařazený za rotační pecí, kde předehřátý spalovací vzduch je získán chlazením žhavého slínku přiváděným studeným vzduchem.Due to the technological division of firing into two stages, it is necessary to divide the total amount of thermal energy previously released at one location in the rotary kiln, and to feed each part at that location where the respective stage of the technological process takes place. The thermal energy required for the raw material calcination stage is partly the waste gases from the following stage of the technological process, sintering, which is most often performed in a rotary kiln, and partly it is fuel combusted directly in the area of this dispersion calcining stage. That is, in the firing method with a robbed calcined feedstock, two combustion processes of the fuel in the robbed spaces are involved, one in the rotary kiln and the other in the calcination stage. In addition to fuel, each combustion chamber must be supplied with as much preheated combustion air as possible, the source of which is a clinker cooler downstream of the rotary kiln, where the preheated combustion air is obtained by cooling the hot clinker with cold air.

Toto řešení má nevýhodu v tom, že předpokladem pro hospodárný a bezpečný chod pecní linky je správné sladění a možnost nezávislé regulace obou těchto spalovacích pochodů, to znamená spalovacích pochodů v rotační peci a spalovacích pochodů v kalcinátoru a proto je obtížné zajistit jejich přibližně stejné tepelné i vzduchotechnické zatížení.This solution has the disadvantage that the prerequisite for an economical and safe operation of the furnace line is the proper harmonization and the possibility of independent regulation of both these combustion processes, i.e. combustion processes in the rotary kiln and combustion processes in the calciner. air conditioning load.

Je známo, že proces výroby portlandského cementu teoreticky vyžaduje značné množství energie a že tepelná účinnost procesu je asi 30 až 50 °/o.It is known that the Portland cement production process theoretically requires a considerable amount of energy and that the thermal efficiency of the process is about 30-50%.

·-. Je dále znám plazmový reaktor zahrnující plazmový hořák obíhající kolem vertikální osy a k ní skloněný, který spolupracuje s protielektrodoú kruhového tvaru umístěnou ve střední oblasti reaktoru. Tento reaktor má tu nevýhodu, že zaváděná surovina hýla vrhaná na stěny tělesa bez efektivního styku s plazmou při svém letu. Plazma působila na tenkou vrstvu roztaveného materiálu'na stěnách pece, proto byly tepelné ztráty stěnamy reaktoru velmi vysoké a spotřeba energie na výrobu cementu byla větší než spotřeba obvyklá cementářsiké pece.· -. There is further known a plasma reactor comprising a plasma torch orbiting about a vertical axis and inclined thereto, which cooperates with a circular-shaped counter-electrode located in the central region of the reactor. This reactor has the disadvantage that the incoming raw material of the bullet is thrown on the body walls without effective contact with the plasma during its flight. Plasma acted on a thin layer of molten material on the walls of the furnace, so the heat losses of the reactor walls were very high and the energy consumption for cement production was greater than that of a conventional cement kiln.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje průchodná oblouková plazmová pec podle vynálezu, sestávající z obíhající elektrody a z.pevné, prstencové chlazené přotielektrodyj jehož podstatou je, že je vytvořena z jednoho nebo více na sebe umístěných svislých válcových dílů, tvořících těleso pece, se vstupem surovinové směsi, v horní části opatřených bočně po vnitřním obvodu obíhající elektrodou, směřující napříč do vnitřního prostoru pece, s pohonnou jednotkou a přívodem proudu, svírající s vertikální osou pece úhel 40° až 90· ° na jednu stranu nebo 90° až 140° na druhou stranu, s prstencovou chlazenou protielektrodoú, umístěnou v odpovídající výšce proti obíhající elektrodě, přičemž obíhající elektrody s příslušnými, protielektrodami jednotlivých nad sebou pevně spojených dílů jsou umístěny spirálovitě po celé výšce pece. :The aforementioned drawbacks are overcome by a continuous arc plasma furnace according to the invention, consisting of a circulating electrode and a solid, annular cooled counter electrode, which is constituted by one or more stacked vertical cylindrical parts forming the furnace body, at the top, equipped laterally on the inner circumference with an electrode circulating transversely to the interior of the furnace, with a drive unit and a power supply, forming an angle of 40 ° to 90 ° to one side or 90 ° to 140 ° to the other with an annular cooled counterelectrode located at a corresponding height against the circulating electrode, the orbiting electrodes with respective counterelectrodes of the individual rigidly connected parts being spirally positioned over the entire height of the furnace. :

Výhody průchodné obloukové plazmové pece podle vynálezu spočívají v tom, že mezi jednotlivými obíhajícími elektrodami a příslušnými protielektrodami se vytvářejí plazmové sloupy vykloněné od vertikální, osy· pece od 40 až 90 na jedné straně a od 90P až 140° na druhé straně, které mají různou tepelnou intenzitu, přičemž nejspodnější plazmový sloup je nejvíce dotován tepelnou energií.Advantages of the arc arc plasma furnace according to the invention are that plasma columns inclined from the vertical, the axis of the furnace from 40 to 90 on one side and from 90P to 140 ° on the other side are formed between the individual orbiting electrodes and the respective counter electrodes. thermal intensity, with the lowest plasma column being most subsidized by thermal energy.

Další výhoda spočívá v tom, že v kontinuálním dávkování surovinové moučky v horní části pece a po průchodu středem plazmových sloupů ke dnu pece, kde je největší teplota, odchází kontinuálně jako hotový výrobek mimo pec. Plazmové sloupy vytvořené obíhajícími elektrodami a protielektrodami uspořádanými spirálovitě kolem vertikální osy obloukové plazmové pece dovoluje kontinuální tavení a pálení různorodých materiálů, od sypkých až po zrnité, ve velkých teplotách uvnitř plazmových sloupů.A further advantage is that in the continuous feeding of raw meal in the upper part of the furnace and after passing through the center of the plasma columns to the bottom of the furnace where the temperature is highest, it leaves continuously as a finished product outside the furnace. Plasma columns formed by orbiting electrodes and counter-electrodes arranged spirally around the vertical axis of the arc plasma furnace allow continuous melting and burning of a variety of materials, from bulk to granular, at high temperatures inside the plasma columns.

Na připojených výkresech je znázorněna průchodná oblouková plazmová péc, kde naThe accompanying drawings show a through arc plasma treatment, where at

240376 obr. 1 je průchodná oblouková plazmová pec ve svislém řezu, na obr. 2 je příčný řez plazmovou pecí z obr. 1 se sestavou spirálovitě umístěných obíhajících elektrod, na obr. 3 je jednotlivý díl plazmové pece ve svislém řezu a na obr. 4 je řez prstencovou chlazenou protielektrodou.Fig. 1 is a vertical arc cross-section of a plasma arc furnace; Fig. 2 is a cross-sectional view of the plasma furnace of Fig. 1 with a spiral array of circulating electrodes; Fig. 3 is a vertical sectional view of the plasma furnace; is a cross-sectional view of an annular cooled counter electrode.

Průchodná oblouková plazmová pec je vytvořena z jednoho nebo více na sebe umístěných svislých válcových dílů 1, tvořících těleso pece se vstupem 7 surovinové směsi v horní části. Válcové díly 1 jsou opatřeny bočně po vnitřním obvodu obíhající elektrodou 2 směřující do vnitřního prostoru pece, s pohonnou jednotkou 5, umístěné na základní pomocné desce 6, a s přívodem 12 proudu. Obíhající elektroda 2 svírá s vertikální osou plazmové pece úhel 40° až 90° na jednu stranu o 90° až 140° na druhou stranu. Proti obíhající elektrodě 2 je umístěna prstencová chlazená protielektroda v odpovídající výšce. Obíhající elektrody 2 s příslušnými protielektrodami 3 jednotlivých na sebe umístěných válcových dílů 1 jsou umístěny spirálovitě po celé výšce plazmové pece. Obíhající elektroda 2 je opatřena dolním vysouvacím zařízením 10 a prstencová protielektroda 3 horním vysouvacím zařízením 11. Jak obíhající elektroda 2, tak i prstencová chlazená protielektroda 3 jsou opatřeny vysokofrekvenční vychylovací cívkou 4. Nad dolním vysouvacím zařízením 10 je umístěn otvor 8 na odvod plynu a jeho spalin. Plazmová pec je opatřena vyzdívkou 9, vyzdívka jednotlivých dílů plazmové pece je opatřena osazením 13 v horní a dolní části. V horní části je plazmová pec ukončena víkem 14, ,ve kterém jsou umístěny dva otvory 15 pro· náhradní přísun materiálu. Na výstupu plazmové pece je zaveden nosný plyn, jehož účelem je udržet práškovou surovinu ve vznosu.The through arc plasma furnace is formed from one or more stacked vertical cylindrical parts 1 forming the furnace body with the raw material inlet 7 at the top. The cylindrical parts 1 are provided laterally on the inner circumference with an electrode 2 directed towards the interior of the furnace, with a drive unit 5 located on the base auxiliary plate 6, and with a power supply 12. The orbiting electrode 2 forms an angle of 40 ° to 90 ° on one side by 90 ° to 140 ° on the other side with the vertical axis of the plasma furnace. An annular cooled counter-electrode at a corresponding height is positioned opposite the circulating electrode 2. The orbiting electrodes 2 with respective counter-electrodes 3 of the individual cylindrical parts 1 are superimposed spirally over the entire height of the plasma furnace. The orbiting electrode 2 is provided with a lower ejection device 10 and an annular counter electrode 3 with an upper ejection device 11. Both the orbiting electrode 2 and the annular cooled counter electrode 3 are provided with a high-frequency deflection coil 4. Above the lower ejection device 10 flue gas. The plasma furnace is provided with a lining 9, the lining of the individual parts of the plasma furnace is provided with a shoulder 13 in the upper and lower parts. In the upper part, the plasma furnace is terminated by a lid 14, in which two openings 15 are provided for replacement feed. A carrier gas is introduced at the outlet of the plasma furnace to keep the pulverulent raw material floating.

Claims

Continuous arc plasma furnace, consisting of a circulating electrode and a solid annular cooled counterelectrode, characterized in that it is formed of one or more stacked vertical cylindrical parts (1) forming the furnace body, with a raw material inlet (7) at the top, provided laterally on an inner circumference with an electrode (2) extending transversely to the interior of the furnace, with a drive unit (5) and a current finder (12) forming an angle of 40 ° to 90 ° to one side or 90 ° to the vertical up to 140 ° · ° on the other hand and an annular cooled counter-electrode (3) positioned at a corresponding height opposite the orbiting electrode (2), the orbiting electrodes (2) with respective counter-electrodes (3) of the individual rigidly connected parts (1) being spirally along the entire height of the furnace.