EA025386B1

EA025386B1 - Устройство и способ термической обработки окомкованного или агломерированного материала

Info

Publication number: EA025386B1
Application number: EA201490260A
Authority: EA
Inventors: Хартмут Кёлер; Тимотеус Шмеддерс
Original assignee: Ототек Оюй
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2016-12-30
Also published as: AP2014007442A0; IN2014MN00122A; EA201490260A1; CN103748429A; MX2014001905A; KR101426222B1; DE102011110842A1; KR20140049565A; EP2748547A1; US9790570B2; EP2748547B1; AU2012299747B2; MX350023B; CA2841034A1; CL2014000415A1; BR112014003286A2; ZA201400251B; WO2013026709A1; CA2841034C; US20140175714A1

Abstract

Данное изобретение относится к термической обработке окомкованного или агломерированного материала в обжиговой машине (1) с подвижной колосниковой решеткой (2), на которой материал перемещают через обжиговую машину (1), камерой (4) сгорания для обеспечения температур, требуемых для термической обработки, зоной (5) охлаждения, в которой охлаждающие газы пропускают через термообработанный материал, и рекуперационным тоннелем (7), через который нагретые охлаждающие газы повторно подают в камеру (4) сгорания, где в потолке (8) камеры (4) сгорания обеспечены отверстия (9), через которые нагретые охлаждающие газы из рекуперационного тоннеля (7) могут поступать в камеру (4) сгорания.

Description

Изобретение относится к устройству для термической обработки окомкованного или агломерированного материала, в частности железных окатышей, в обжиговой машине с подвижной колосниковой решеткой, на которой материал перемещают через обжиговую машину; камерой сгорания, обеспечивающей температуры, требуемые для термической обработки; зоной охлаждения, в которой через термообработанный материал пропускают охлаждающие газы, и рекуперационным тоннелем, через который нагретые охлаждающие газы повторно подают в камеру сгорания. Изобретение также обеспечивает способ термической обработки в такой обжиговой машине.

Термическую обработку окатышей, в частности упрочнение обжигом железорудных окатышей, в основном осуществляют на подвижных колосниковых решетках с газоотводящими куполами, которые входят в состав обжиговой машины. Если смотреть в направлении перемещения, обжиговая машина для обработки окатышей содержит различные, возможно дополнительно подразделенные зоны обработки, в частности зону сушки, зоны термической обработки для предварительного нагрева и обжига, и зону охлаждения. Требуемое технологическое тепло генерируют посредством сжигания жидкого, газообразного или твердого топлива. Для оптимизации использования энергии обеспечивают системы рециркуляции газов.

Например, из ЕР 0030396 В1 известен способ термической обработки окатышей, в котором необожженные окатыши транспортируют на подвижной колосниковой решетке и сушат в зоне сушки под давлением и в зоне вакуумной сушки посредством рециркулируемых технологических газов. В зоне нагрева и зоне обжига нагретые охлаждающие газы всасываются через слой окатышей. Указанные газы подают из зоны охлаждения через рекуперационный трубопровод и каналы боковой подачи в 38 камер сгорания, распределенных по длине зоны обжига, нагревают там с помощью 38 масляных горелок и через выпускные отверстия камер сгорания подают в зону нагрева и обжига, в которой дополнительно сжигают твердое топливо, размещенное на поверхности слоя окатышей. В зависимости от используемого топлива и мощности горелки, пламя может достигать высоких температур, что приводит к напряжению огнеупорного материала и увеличению выбросов оксида азота (ΝΟ_Χ). Поскольку воздух, подаваемый в камеры сгорания через каналы подачи, сталкивается с горящим пламенем под углом свыше 90°, указанное пламя отклоняется и контактирует со стенкой, снабженной огнеупорной футеровкой, что может привести к повреждениям. В данном случае, импульс холодного первичного воздуха является недостаточным, чтобы генерировать стабилизирующую пламя закрутку потока. С другой стороны, количество первичного воздуха не может быть увеличено без нежелательного увеличения потребления топлива. Кроме того, возникают значительные потери тепла на стенках каналов боковой подачи камер сгорания из-за большой площади поверхности.

Таким образом, целью настоящего изобретения является снижение повреждений огнеупорного материала в камерах сгорания и снижение выбросов. Кроме того, следует обеспечить экономию энергии посредством снижения потерь тепла.

В устройстве по изобретению, включающем признаки п.1 формулы изобретения, этой цели по существу достигают тем, что в потолке камеры сгорания обеспечивают отверстия, через которые нагретые охлаждающие газы могут поступать в камеру сгорания из рекуперационного тоннеля. Путем исключения каналов подачи извне, используемых в известном уровне технике, и введения нагретых охлаждающих газов в качестве вторичного воздуха непосредственно в камеру сгорания, расположенную над подвижной колосниковой решеткой, минимизируют потери тепла через стенки. В тоже время, можно сэкономить производственное пространство. В соответствии с изобретением сводчатую зону термообработки используют в качестве большой общей камеры сгорания, вместо обеспечения ряда отдельных камер сгорания, как в известном уровне техники. В результате этого также значительно снижают капитальные затраты.

В одном воплощении изобретения отверстия являются круглыми или выполнены в виде четырехугольных проемов в кирпичной кладке. Также в потолке камеры сгорания может быть обеспечена одна или более чем одна продольная щель, через которую рециркулируемые охлаждающие газы подают в камеру сгорания.

В одном воплощении изобретения потолок камеры сгорания является сводчатым и, таким образом, служит в качестве самонесущей разделительной стенки между рекуперационным тоннелем и камерой сгорания.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом изобретения, множество горелок без собственной камеры сгорания обеспечено на боковых стенках камеры сгорания, которые согласно изобретению направлены наклонно вверх под углом от 20 до 60°, а в частности под углом от 30 до 50°, в направлении потолка, через который подают горячие охлаждающие газы. В соответствии с одним воплощением данного варианта изобретения, угол наклона горелок является регулируемым. Благодаря поперечному и встречному току горячих отработанных газов обжига и рециркулируемых нагретых охлаждающих газов достигают интенсивного перемешивания газов, что приводит к быстрому и полному сгоранию на коротком расстоянии. Благодаря разделению струи на множество отельных факелов, снижают пиковые температуры в пламени и, следовательно, образование оксидов азота.

- 1 025386

Вместо большого количества камер сгорания, используемых в известном уровне техники, необходимо обеспечить всего лишь небольшие входные отверстия (выходные отверстия горелок) в стенке для вставления горелок. В результате, горелки можно размещать намного проще, с более высокой плотностью и, соответственно, с меньшей индивидуальной тепловой мощностью. Благодаря мелкой сетке горелок в стенке, в камере сгорания может быть достигнуто однородное распределение температуры. В камере сгорания избегают пиковых температур, так что огнеупорная футеровка защищена, и выбросы оксида азота могут быть снижены.

В соответствии с изобретением каждая горелка окружена воздушной трубкой, через которую подают первичный воздух. Вместо атмосферного воздуха, также можно подавать обогащенный кислородом воздух или чистый кислород. В соответствии с одним воплощением данного варианта изобретения, горелки включают перегородки для создания закрутки потока, чтобы достичь интенсивного перемешивания топлива с первичным воздухом.

В соответствии с одним воплощением изобретения, горелки объединены в группы, каждая из которых содержит предохранительные клапаны, соединенные с ними. В результате, количество таких групп безопасности может быть снижено и можно снизить капитальные затраты.

Предпочтительно, по меньшей мере, некоторое количество горелок выполнено в виде топливных фурм, через которые топливо вводят непосредственно в камеру сгорания, и оно самопроизвольно воспламеняется благодаря высоким температурам. Топливные фурмы не требуют каких-либо дополнительных оптических пламенных детекторов и воспламенителей, вместо этого в соответствии с изобретением используют отказоустойчивые термопары. Благодаря более низкой тепловой мощности отдельных горелок, можно снизить температуру пламени, в результате чего снижается образование термических ΝΘχ и выбросы оксидов азота, и тем самым можно уменьшить длину факела пламени до ограниченной протяженности. В соответствии с изобретением дополнительного снижения температуры пламени можно достичь путем дополнительного впрыскивания воды, предпочтительно деминерализованной воды. Общая требуемая тепловая мощность может быть достигнута посредством соответствующего большого количества горелок.

В принципе, также возможно достичь беспламенного окисления топлива в камере сгорания соответствующей конструкции, путем введения топлива в поток горячего отработанного газа и кислородсодержащего газа при высоких температурах камеры сгорания. Как описано в ΌΕ 10217913 А1, беспламенное окисление не зависит от образования стабильного пламени. Таким образом, можно использовать относительно высокие скорости газа, при этом окисление топлива проходит на большем расстоянии между входом и выходом.

Согласно п.10 формулы изобретения изобретение также относится к способу термической обработки окомкованного или агломерированного материала, в частности, железных окатышей, в обжиговой машине, в котором материал перемещают через обжиговую машину на подвижной колосниковой решетке, причем в указанной обжиговой машине материал термически обрабатывают по меньшей мере в одной камере сгорания, впоследствии охлаждают посредством охлаждающих газов, направляемых через материал, и таким образом нагретые охлаждающие газы, по меньше мере частично, подают рециклом через рекуперационный тоннель и вводят в камеру сгорания, в которой температуры, требующиеся для термической обработки, создают посредством сгорания топлива. В соответствии с изобретением нагретые охлаждающие газы всасываются непосредственно из рекуперационного тоннеля, через отверстия в потолке камеры сгорания.

Дополнительные признаки, преимущества и возможное применение изобретения станут ясны из нижеследующего описания, приведенного в качестве примера воплощения и чертежа. Все признаки, описанные и/или проиллюстрированные, сами по себе или в любом сочетании, составляют предмет изобретения, независимо от их включения в формулу изобретения или их обратной ссылки.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематически показано сечение устройства по изобретению;

на фиг. 2 схематически показано сечение устройства согласно фиг. 1 по линии ΙΙ-ΙΙ в небольшой перспективе;

на фиг. 3 представлен вид снизу в перспективе камеры сгорания с расположенным над ней рекуперационным тоннелем;

на фиг. 4 схематически представлен вид в перспективе сопла горелки.

В обжиговой машине 1 для термической обработки железных окатышей, которая схематически показана на фиг. 1, необожженные окатыши перемещают на подвижной колосниковой решетке 2 и сушат в зоне 3 сушки, например посредством рециркулируемых технологических газов. В направлении, показанном стрелкой, подвижная колосниковая решетка 2 с высушенными окатышами впоследствии проходит через камеру 4 сгорания, в которой окатыши обжигают при температуре приблизительно 1350°С. После прохождения через камеру 4 сгорания, окатыши подают в зону 5 охлаждения, в которой их охлаждают посредством воздуха. В зоне 5 охлаждения воздух всасывается из дутьевого короба 6, обеспеченного ниже подвижной колосниковой решетки 2, проходит вверх через слой окатышей и нагревается горячими обожженными окатышами. Таким образом нагретые охлаждающие газы затем подают рециклом в каме- 2 025386 ру сгорания через рекуперационный сводчатый тоннель 7, который расположен над камерой 4 сгорания.

В других процессах температура обжига может отличаться. Однако, положительное влияние на выбросы ΝΟ_Χ фактически возрастает при более высоких температурах процесса. В случае других продуктов, на подвижной колосниковой решетке может быть обеспечен слой продукта, отличный от окатышей.

Как можно увидеть конкретно на фиг. 2, на сводчатом потолке 8 камеры 4 сгорания, который в то же время образует дно рекуперационного тоннеля 7, обеспечена плотная сетка воздушных отверстий 9, через которые горячий технологический газ вводят в камеру 4 сгорания при температуре от 800 до 1100°С. Благодаря отрицательному давлению, которое создается дутьевыми коробами 10, 11, расположенными ниже камеры 4 сгорания, воздух всасывается в камеру 4 сгорания, а затем проходит через слой окатышей и подвижную колосниковую решетку 4 и, таким образом, служит в качестве вторичного воздуха для процесса горения в камере 4 сгорания и, в то же время, для предварительного нагрева окатышей, перемещаемых на подвижной колосниковой решетке 2. Камера 4 сгорания отделена от зоны 5 охлаждения разделительной перегородкой 12.

Далее более подробно описана конструкция камеры сгорания со ссылками на фиг. 2 и 3. В сводчатом потолке 8 камеры 4 сгорания обеспечены отверстия 9, которые в воплощении, представленном на фиг. 2, выполнены в виде круглых отверстий 9а, а в воплощении, представленном на фиг. 3, в виде продолговатых щелей 9Ь. Конечно, также возможно обеспечить другие формы отверстий 9, например в виде четырехугольных проемов кирпичной кладке потолка 8, или обеспечить сочетание различных форм. Что касается количества и размера отверстий, сетка отверстий 9 выполнена в соответствии со скоростью подвижной колосниковой решетки 2, проходящей через обжиговую машину 1, чтобы можно было подавать достаточное количество вторичного воздуха.

Стенка камеры 4 сгорания выложена огнеупорным кирпичом, причем в нижней области боковых стенок 13 обеспечены кирпичи 14 для горелок, которые включают выходные отверстия 15 горелок (возможно с фланцами горелок) для прохождения горелок 16, описанных ниже. С нижней стороны камера 4 сгорания заканчивается подвижной колосниковой решеткой 2, проходящей через нее, на которой расположены окатыши, и ее несущие боковые стенки 17 плотно соединены с боковыми стенками 13 традиционным образом, что не показано на чертеже. Подвижная колосниковая решетка 2 выполнена с возможностью качения на колесах 19 по не показанным на чертеже рельсам обжиговой машины 1.

Как показано на фиг. 2, горелки 16 расположены так, что они выбрасывают пламя 20, направленное наклонно вверх под углом от 20 до 60°, предпочтительно приблизительно 35° (при толщине подвижной колосниковой решетки приблизительно 4 м). Угол наклона горелок 16 зависит от ширины транспортирующей части подвижной колосниковой решетки 2. Угол горелки также может быть регулируемым. Жидкое, газообразное или твердое распыляемое топливо, в частности масло или газ, подают в горелки 16 через центральный топливный трубопровод 21, от которого ответвляются гибкие соединительные линии 22 горелок. Например, можно использовать пыль в качестве угольного твердого топлива, который из-за проблем транспортировки золы или осаждения золы на окатыши, вводят в ограниченном количестве. Через центральный воздушный трубопровод 23, который соединен с отдельными горелками 16 через гибкие соединительные линии 24 горелок, в указанные горелки подают холодный первичный воздух, обогащенный кислородом воздух или чистый кислород. Посредством этого можно повысить упрочняющий эффект.

Кроме того, в фурмы-горелки 16 можно подавать воду через третий трубопровод 27 и вводить в камеру сгорания для охлаждения пламени, чтобы дополнительно снизить количество образующихся ΝΟ_Χ. С этой целью предпочтительно используют деминерализованную воду.

Как можно видеть на фиг. 4, горелки 16 включают воздушную трубку 25, расположенную вокруг централизованных трубопроводов 22 для подачи топлива. С помощью средства 26 перемешивания воздуха и топлива (турбулизатора), вставленного в горелки 16, создают закрутку потока, чтобы стабилизировать пламя. В средстве 26 перемешивания может быть обеспечено центральное сопло 28 для введения воды, подаваемой через водный трубопровод 27.

Температуру в камере 4 сгорания устанавливают, с учетом скорости подвижной колосниковой решетки 2, с помощью соответствующей конструкции горелки 16, чтобы достичь температуры приблизительно 1350°С. Часть горелок 16 может быть заменена на фурмы-горелки без собственного механизма воспламенения. Смесь топлива и воздуха, выпускаемая из фурм-горелок воспламеняется самопроизвольно, благодаря высокой температуре в камере обжига, что возможно при температуре от приблизительно 750°С (см., например, ΕΝ 746-2).

При эксплуатации давление в рекуперационном тоннеле 7 обычно составляет приблизительно от 100 до 200 МПа по манометру (от 1 до 2 мбар), тогда как давление ниже подвижной колосниковой решетки 2 составляет приблизительно от -2 до -3 кПа по манометру (до -20 до -30 мбар), т.е. явно отрицательное давление. В результате охлаждающие газы, рециркулируемые из зоны 5 охлаждения, всасываются в камеру сгорания через отверстия 9 в потолке 8 камеры 4 сгорания и затем проходят через слой окатышей, находящихся на подвижной колосниковой решетке 2, в дутьевые коробы 10, 11. Благодаря вторичному воздуху, проходящему внутрь сверху, и пламени, направленному вверх от горелок 16, получают поперечный и встречный ток, что приводит к интенсивному перемешиванию и, следовательно, однород- 3 025386 ному нагреванию камеры сгорания. Получают лучшее распределение энергии и более низкий разброс температуры пламени. Таким образом, введение тепла можно лучше регулировать. Поскольку охлаждающие газы всасываются непосредственно в камеру 4 сгорания из рекуперационного тоннеля 7, расположенного над камерой 4 сгорания, размер внешней стенки уменьшается, так что потери тепла явно снижаются.

В принципе, изобретение можно применять во всех процессах, в которых воздух подают рециклом при высокой температуре (по меньшей мере 750°С) и он всасывается через подвижную колосниковую решетку, например в производстве цемента или керамических изделий.

Список обозначений

- машина для обжига;

- подвижная колосниковая решетка;

- зона сушки;

- камера сгорания;

- зона охлаждения;

- дутьевой короб;

- рекуперационный тоннель;

- потолок;

- воздушные отверстия;

9а - круглое воздушное отверстия;

9Ъ - щель;

10, 11 - дутьевые коробы;

- разделительная перегородка;

- боковые стенки;

- кирпичи горелок;

- выходные отверстия горелок;

- горелка/фурма-горелка;

- несущие боковые стенки колосниковой решетки;

- колеса;

- пламя;

- топливный трубопровод;

- соединительные линии горелок (подача топлива);

- воздушный трубопровод;

- гибкие соединительные линии горелок (подача воздуха);

- воздушная трубка;

- средство перемешивания топлива и воздуха;

- водный трубопровод;

- сопло.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Обжиговая машина (1) для термической обработки окомкованного или агломерированного материала с подвижной колосниковой решеткой (2), предназначенной для перемещения материала через обжиговую машину (1), камерой (4) сгорания для обеспечения температур, требуемых для термической обработки, зоной (5) охлаждения, в которой термообработанный материал охлаждается путем пропуска через него охлаждающего газа, и рекуперационным тоннелем (7), служащим для повторной подачи нагретых охлаждающих газов в камеру (4) сгорания, где в потолке (8) камеры (4) сгорания выполнены отверстия (9), через которые нагретые охлаждающие газы из рекуперационного тоннеля (7) могут поступать в камеру (4) сгорания, в боковых стенках (13) камеры (4) сгорания размещены горелки (16) и указанные горелки (16) направлены наклонно вверх.
2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что отверстия (9) имеют круглую, четырехугольную и/или щелевидную форму.
3. Машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что потолок (8) камеры (4) сгорания является сводчатым.
4. Машина по пп.1-3, отличающаяся тем, что угол наклона горелок (16) является регулируемым.
5. Машина по пп.1-4, отличающаяся тем, что горелки (16) направлены наклонно вверх под углом от 20 до 60°.
6. Машина по пп.1-5, отличающаяся тем, что каждая горелка (16) окружена воздушной трубкой (25).
7. Машина по п.6, отличающаяся тем, что горелки (16) снабжены средством (26) создания закрутки потока.
8. Машина по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что горелки (16) объединены в группы, каждая из которых содержит предохранительные клапаны, соединенные с ней.

- 4 025386
9. Машина по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть горелок (16) выполнена в виде фурм-горелок.
10. Способ термической обработки окомкованного или агломерированного материала в обжиговой машине (1) по любому из пп.1-9, где материал перемещают через обжиговую машину (1) на подвижной колосниковой решетке (2), в которой материал термообрабатывают по меньшей мере в одной камере (4) сгорания, затем материал охлаждают с помощью пропускаемых через нее охлаждающих газов и таким образом нагретые охлаждающие газы, по меньшей мере, частично подают рециклом через рекуперационный тоннель (7) в камеру (4) сгорания, в которой создают температуры, требуемые для термической обработки, посредством сгорания топлива, где нагретые охлаждающие газы всасываются из рекуперационного тоннеля (7) в камеру (4) сгорания через отверстия (9) в потолке (8) камеры (4) сгорания, в боковых стенках (13) камеры (4) сгорания размещены горелки (16) и указанные горелки (16) направлены наклонно вверх.