PL196842B1

PL196842B1 - Piec obrotowy do wypalania i spiekania lekkiego kruszywa budowlanego

Info

Publication number: PL196842B1
Application number: PL354673A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Łuczaj; Janusz Sokołowski
Original assignee: Luczaj Krzysztof
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2008-02-29
Also published as: PL354673A1; AU2003251252A1; AU2003251252A8; WO2004000751A2; DE60320789D1; EP1515925B8; WO2004000751A3; ATE394641T1; EP1515925B1; EP1515925A2

Abstract

1. Piec obrotowy do wypalania i spiekania lekkiego kru- szywa budowlanego, maj acy posta c walcowego, dwu sred- nicowego, odchylonego od poziomu o niewielki k at zbiorni- ka, którego stalowy pancerz wewn atrz wy lozony jest cera- miczn a wymurówk a, zaopatrzony w palnik, zespó l zasypo- wy surowego granulatu i odbieralnik spieczonego kruszywa, oraz w instalacj e doprowadzaj ac a powietrze oraz instalacj e odprowadzaj ac a spaliny, w którym to piecu wyst epuje uk lad wspó lpr adowy wsadu i gazów spalinowych, znamienny tym, ze dwu srednicowy b eben pieca (16) sk lada si e z grubszej cz esci b ebna (1A) i z cie nszej cz esci b ebna (1B), a grubsza cz esc b ebna zamykana jest g lowic a pieca (2), do której to glowicy doprowadzony jest przewód powietrza (3), którego wylot usytuowany jest w grubszej cz esci b ebna, przy czym przewód (4), doprowadzaj acy paliwo zako nczony jest palni- kiem (10), usytuowanym wewn atrz przewodu (3), a z g lowic a pieca (2) po laczony jest zasobnik (5) i podajnik (6) surowe- go granulatu, za s cie nsza cz esc b ebna (1B), zamykana g lowic a (7), po laczona jest z kana lem odbioru spalin (9), po- nadto do g lowicy (7) pod laczony jest jeden koniec ch lod- nika (12), a od przewodu (3) odchodzi przewód (14) dopro- wadzaj acy powietrze do kolektora (11), a nast epnie do szcze- lin (15) w scianie pieca, rozmieszczonych na jego obwodzie a usytuowanych w miejscu wypalania i spiekania granulatu, przy czym strefa ta rozci aga si e w obszarach przylegaj acych do przew ezenia b ebna pieca, maksymalnie na ca lej d lugo- sci grubszej czesci pieca (1A) i do jednej czwartej d lugo sci cie nszej jego cz esci (1B) ponadto k at odchylenia osi pieca od poziomu jest korzystnie wi ekszy od k ata 3,6°. PL PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 196842 (13) B1 (²¹) Numer zgłoszema: 35⁴⁶73 (⁵⁾ ) Int.Cl.

F27B 7/02 (2006.01) C04B 18/02 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 21.06.2002 (54) Piec obrotowy do wypalania i spiekania lekkiego kruszywa budowlanego

	(73) Uprawniony z patentu: Łuczaj Krzysztof,Bielsk Podlaski,PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 29.12.2003 BUP 26/03	(72) Twórca(y) wynalazku: Krzysztof Łuczaj,Bielsk Podlaski,PL Janusz Sokołowski,Warszawa,PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.02.2008 WUP 02/08	(74) Pełnomocnik: Wróblewski Zygmunt, Rzecznik Patentowy, Biuro Rachunkowo-Patentowe ARGUS

(57) 1. Piec obrotowy do wypalania i spiekania lekkiego kruszywa budowlanego, mający postać walcowego, dwuśrednicowego, odchylonego od poziomu o niewielki kąt zbiornika, którego stalowy pancerz wewnątrz wyłożony jest ceramiczną wymurówką, zaopatrzony w palnik, zespół zasypowy surowego granulatu i odbieralnik spieczonego kruszywa, oraz w instalację doprowadzającą powietrze oraz instalację odprowadzającą spaliny, w którym to piecu występuje układ współprądowy wsadu i gazów spalinowych, znamienny tym, że dwuśrednicowy bęben pieca (16) składa się z grubszej części bębna (1A) i z cieńszej części bębna (1B), a grubsza część bębna zamykana jest głowicą pieca (2), do której to głowicy doprowadzony jest przewód powietrza (3), którego wylot usytuowany jest w grubszej części bębna, przy czym przewód (4), doprowadzający paliwo zakończony jest palnikiem (10), usytuowanym wewnątrz przewodu (3), a z głowicą pieca (2) połączony jest zasobnik (5) i podajnik (6) surowego granulatu, zaś cieńsza część bębna (1B), zamykana głowicą (7), połączona jest z kanałem odbioru spalin (9), ponadto do głowicy (7) podłączony jest jeden koniec chłodnika (12), a od przewodu (3) odchodzi przewód (14) doprowadzający powietrze do kolektora (11), a następnie do szczelin (15) w ścianie pieca, rozmieszczonych na jego obwodzie a usytuowanych w miejscu wypalania i spiekania granulatu, przy czym strefa ta rozciąga się w obszarach przylegających do przewężenia bębna pieca, maksymalnie na całej długości grubszej części pieca (1A) i do jednej czwartej długości cieńszej jego części (1B) ponadto kąt odchylenia osi pieca od poziomu jest korzystnie większy od kąta 3,6°.

_S>

PL 196 842 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest piec obrotowy do wypalania i spiekania lekkiego kruszywa budowlanego, charakteryzujący się minimalnym zużyciem energii do przeprowadzenia tych procesów.

Lekkie kruszywo w formie granulatu, uzyskane jako produkt utylizacji odpadów z energetyki zawodowej, stosowane jest w budownictwie i drogownictwie jako wypełniacz do betonów konstrukcyjnych o niższym ciężarze właściwym i niższym współczynniku przewodzenia ciepła niż tradycyjnie stosowane kruszywo budowlane.

Znane są piece do wypalania i spiekania lekkiego kruszywa budowlanego, mające postać pieców szybowych.

W piecach szybowych występują jednak poważne trudności w uzyskaniu prawidłowego ruchu wsadu w szybie oraz w uzyskaniu równomiernego przepływu powietrza w całym przekroju poprzecznym pieca, szczególnie podczas wypalania drobnych, najbardziej poszukiwanych frakcji granulatu. Powoduje to w konsekwencji otrzymywanie niejednorodnego kruszywa, a w przypadku wypalania popiołów bogatych w węgiel - tworzenie się spieków.

Problemów tych można uniknąć stosując do wypalania i spiekania granulatów z popiołów elektrownianych piec obrotowy. Wymuszony ruch materiału w piecu obrotowym sprzyja równomiernemu wypalaniu się całych szarż zgranulowanych popiołów, a jednocześnie przeciwdziała tworzeniu się aglomeratów spiekanych ziaren.

W kraju znane są technologie wytwarzania lekkiego kruszywa budowlanego z wykorzystaniem pieca obrotowego do wypalania granulatu, na przykład technologia Instytutu Metali Nieżelaznych z Gliwic - opis patentowy 165805, czy technologia dla kruszywa typu „Gralit Zakładów PomiarowoBadawczych Energetyki „ENERGOPOMIAR i Instytutu Przemysłu Wiążących Materiałów Budowlanych.

Istotną cechą znanych sposobów wypalania kruszywa budowlanego w piecach obrotowych jest to, że kruszywo wypalane jest tradycyjnie w układzie przeciwprądowym, a piece opalane są pyłem węglowym, gazem, lub paliwem ciekłym. Są to technologie energochłonne, natomiast nie ma doniesień na temat prób wykorzystania pieca obrotowego do spiekania granulatu z popiołów elektrownianych w procesie biegnącym własnym ciepłem spalania, głównie ze względu na zbyt duże straty ciepła występujące w piecu obrotowym.

W piecach obrotowych dokonywana jest też utylizacja niektórych popiołów elektrownianych, zużytych opon czy osadów ściekowych w trakcie procesu produkcji cementu. Podejmowane są też próby współspalania osadów z różnymi rodzajami paliw, w tym z węglem kamiennym i brunatnym, w piecach z rusztem mechanicznym oraz w piecach obrotowych przy produkcji cementu - Cementownia Rejowiec. Prowadzono też próby termicznej utylizacji komunalnych osadów ściekowych w procesie produkcji keramzytu w Zakładach w Mszczonowie. Przy wypale w układzie przeciwprądowym konieczne jest w takim przypadku dopalanie gazów kominowych, tak jak przewiduje to technologia wg patentu 165805, lub unikanie utylizacji niektórych odpadów, np. chlorowcopochodnych, jak w zakładach w Mszczonowie. Wynika to z faktu, że wsad zawierający utylizowane składniki przesuwa się od temperatur niższych do wyższych, a wydzielające się lotne składniki palne i trujące są porywane przez strumień gazów spalinowych, często w temperaturach niższych od temperatury zapłony, i nie ulegając pełnemu spaleniu są unoszone do komina.

Istota wytwarzania kruszywa budowlanego polega na wypalaniu i spiekaniu granulatu zestawionego z popiołów elektrownianych i ewentualnie drobnych frakcji żużlowych i/lub odpadów przywęglowych oraz substancji wiążących ułatwiających aglomerację, w tym materiałów odpadowych w piecu obrotowym, ale w układzie współprądowym ruchu faz. Przy takim sposobie organizacji procesu, warunki energetyczne wypalania i spiekania ulegają zasadniczej zmianie stwarzając możliwości dla biegu procesu w przeważającej części własnym ciepłem, a także pozwalają na spalenie wszystkich lotnych substancji organicznych i nieorganicznych, które mogą być wprowadzone do popiołów z lepiszczem, w operacji aglomerowania, na przykład pofermentacyjne osady z oczyszczalni ścieków, odpady z lakierni, odpady porafinacyjne itp. Piec musi być tak skonstruowany, aby maksymalnie wyeliminować straty ciepła oraz możliwie zmniejszyć wolne przestrzenie w rurze pieca, co spowoduje, że koszty zużycia energii zewnętrznej podczas pracy instalacji będą znikome.

Piec obrotowy do wypalania i spiekania lekkiego kruszywa budowlanego, według wynalazku, mający postać walcowego, dwuśrednicowego, odchylonego od poziomu o niewielki kąt zbiornika, którego stalowy pancerz wewnątrz wyłożony jest ceramiczną wymurówką, zaopatrzony w palnik, zespół zasypowy surowego granulatu i odbieralnik spieczonego kruszywa, oraz w instalację doprowadzającą

PL 196 842 B1 powietrze oraz instalację odprowadzającą spaliny, w którym to piecu występuje układ współprądowy wsadu i gazów spalinowych, charakteryzuje się tym, że dwuśrednicowy bęben pieca składa się z grubszej części bębna i z cieńszej części bębna, a grubsza część bębna zamykana jest głowicą pieca, do której to głowicy doprowadzony jest przewód powietrza, którego wylot usytuowany jest w grubszej części bębna, przy czym przewód doprowadzający paliwo zakończony jest palnikiem, usytuowanym wewnątrz przewodu. Z głowicą pieca połączony jest zasobnik i podajnik surowego granulatu. Cieńsza część bębna zamykana głowicą, połączona jest z kanałem odbioru spalin, ponadto do głowicy podłączony jest jeden koniec chłodnika, a od przewodu odchodzi przewód doprowadzający powietrze do kolektora, a następnie do szczelin w ścianie pieca, rozmieszczonych na jego obwodzie a usytuowanych w miejscu wypalania i spiekania granulatu, przy czym strefa ta rozciąga się w obszarach przylegających do przewężenia bębna pieca, maksymalnie na całej długości grubszej części pieca i do jednej czwartej długości cieńszej jego części. Kąt odchylenia osi pieca od poziomu jest korzystnie większy od kąta 3,6°.

Stosunek średnic zewnętrznych grubszej części bębna pieca i jego cieńszej części mieści się w granicach 1:max. 0,77, a korzystnie wynosi 1:0,67.

Stalowy płaszcz bębna, jego grubszej i cieńszej części, jest wewnątrz wyłożony ogniotrwałą izolacją i ogniotrwałą wymurówką, natomiast na zewnątrz wyłożony jest odporną na wysoką temperaturę izolacją.

Urządzenie wysypowe, dodatkowo spiętrzające materiał, zakończone jest kryzą, zaopatrzoną w otwór.

Powietrze doprowadzane do pieca, przepływając poprzez warstwę kruszywa, ma lepszą możliwość wypalania substancji palnych zawartych w granulacie, zwłaszcza pozostałości węgla lub palnych części odpadów z lakierni lub odpadów porafinacyjnych.

Głowice pieca oraz przewody powietrza są zaizolowane izolacją odporną na wysoką temperaturę, zwłaszcza wełną mineralną.

Głowica zamykająca dolną, węższą część bębna pieca, zakończoną urządzeniem wysypowym, zintegrowana jest z odbieralnikiem kruszywa i kanałem odbioru spalin, które można na przykład bezpośrednio wykorzystać do suszenia surowego granulatu.

Powietrze podawane do pieca dzielone jest na dwa strumienie. Część powietrza przewodem kierowana jest do strefy wypalania w szerszym fragmencie pieca, a pozostałe powietrze jest podawane przewodem do strefy spiekania rozciągającej się w obszarach przylegających do przewężenia bębna pieca, maksymalnie na całej długości grubszej części pieca i do jednej czwartej cieńszej jego części. Ciepło wynoszone przez gorące kruszywo wypadające z pieca obrotowego odbierane jest w chłodniku i wykorzystywane, na przykład, do zasilania pieca.

Aby uzyskać w przybliżeniu autotermiczny bieg procesu, należy możliwie w jak największym stopniu wyeliminować straty ciepła. W proponowanym rozwiązaniu realizowane jest to przede wszystkim poprzez lepsze zaizolowanie bębna pieca oraz znaczne zwiększenie wypełnienia pieca wypalanym materiałem, co najmniej do 45% objętości, w stosunku do stosowanych w tradycyjnych piecach obrotowych, a także poprzez ograniczenie do minimum ilości podawanego powietrza, a więc i ilości ciepła wynoszonego z pieca z gazami spalinowymi. W związku z tym piec obrotowy zbudowany jest ze stalowego dwuśrednicowego bębna wyłożonego wewnątrz odporną na wysoką temperaturę izolacją, zwłaszcza wełną mineralną, izolacją ogniotrwałą i ogniotrwałą wymurówką roboczą, oraz zaizolowany z zewnątrz tak, aby temperatura na powierzchni pieca nie przekraczała w trakcie pracy 100 - 120°C.

Zwiększono znacznie stosunek średnic grubszej części pieca i części cieńszej do 1:0,67 podczas gdy w układach tradycyjnych zawiera się on w granicach jak 1:0,9 do 1:0,77. Zwiększono też pochylenie osi pieca do korzystnie co najmniej 3,6°, nie stosowanego w układach tradycyjnych. Koniec rury pieca zaopatrzono w bęben wysypowy ze skrzyżowanym wylotem, tak skonstruowany, aby dodatkowo spiętrzał materiał w końcowym fragmencie pieca, ale nie dławił wypływu gazów spalinowych do komina. Również głowice pieca oraz przewody doprowadzające powietrze są szczególnie starannie zaizolowane. Urządzenie do podawania surowego granulatu do pieca jest tak skonstruowane, aby zminimalizować straty ciepła przez przewodzenie, a poziom granulatu w zasobniku utrzymywany jest na poziomie uniemożliwiającym wypływ gorących gazów z głowicy pieca na zewnątrz. Również odbieralnik kruszywa skonstruowano tak, aby stanowił zamknięcie hydrauliczne dla gazów kominowych i powietrza chłodzącego kruszywo w chłodniku.

Powietrze podawane przewodem do strefy spiekania wprowadzane jest do pieca przez króćce rozmieszczone na jego obwodzie w taki sposób, aby drożne były tylko te wloty, które przykryte są spiekanym granulatem i rozprowadzane w strefie spiekania przez szczeliny wzdłużne w ogniotrwałej

PL 196 842 B1 wymurówce, lub poprzez kolektor rozprowadzający powietrze do króćców rozmieszczonych na obwodzie pieca i wzdłuż długości strefy spiekania, również w taki sposób, aby powietrze przedostawało się do pieca przez te otwory, które aktualnie przykryte są spiekanym materiałem. W technicznym rozwiązaniu takiego sposobu dozowania powietrza do pieca obrotowego można np. skorzystać z opisów patentowych 137643 czy 178823.

Powoduje to, że powietrze potrzebne do spiekania kruszywa przechodzi przez jego warstwę i jest znacznie lepiej wykorzystane niż podawane wzdłuż osi pieca, co pozwala na zmniejszenie sumarycznej ilości tłoczonego powietrza, a więc i ogranicza ilość gazów spalinowych wychodzących z pieca. Sumaryczna długość pieca jest znacznie mniejsza niż stosowana w układzie tradycyjnym dla pieców do wypalania klinkieru metodą suchą.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że przedmiotowy piec przeznaczony jest do wytwarzania kruszywa z materiałów odpadowych, co przyczynia się do ochrony środowiska. Ponadto parametry konstrukcyjne pieca w znacznym stopniu eliminują straty ciepła.

W proponowanym rozwiązaniu realizowane jest to przede wszystkim poprzez lepsze oraz znaczne zwiększenie wypełnienia pieca wypalanym materiałem w stosunku do stosowanych w tradycyjnych piecach obrotowych, a także poprzez ograniczenie do minimum ilości podawanego powietrza, a więc i ilości traconego ciepła.

Należy podkreślić, że korzystnym skutkiem tego, że kruszywo może być wytwarzane w przybliżeniu w autotermicznym procesie, jest nie tylko zaoszczędzenie kosztów energii zewnętrznej, ale również ograniczenie emisji spalin.

Piec obrotowy według wynalazku, w przykładzie realizacji, jest odtworzony w ujęciu schematycznym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ogólny pieca, zaś fig. 2 przedstawia przekroje osiowe grubszej i cieńszej części pieca, natomiast fig. 3 - przekrój poprzeczny pieca.

Bęben pieca ma postać dwuśrednicowego walczaka, o stosunku średnic zewnętrznych 1:0,67. Grubsza część bębna 1A połączona jest z częścią cieńszą 1B połączeniem kołnierzowym. Do grubszej części 1A, zamykanej głowicą pieca 2, doprowadzony jest przewód powietrza 3, którego wylot usytuowany jest w zakończeniu grubszej części bębna. Przewód 4 doprowadzający paliwo, zwłaszcza olej opałowy, zakończony jest palnikiem 10, mieszczącym się wewnątrz przewodu 3. Z głowicą pieca 2 połączony jest zasobnik 5 i podajnik 6 surowego granulatu.

Cieńsza część bębna 1B zamykana jest głowicą 7. Wewnątrz głowicy 7 usytuowany jest odbieralnik kruszywa 8. Spaliny z głowicy 7 odbierane są kanałem odbioru spalin 9 i mogą być, na przykład, wykorzystane do suszenia surowego granulatu. Powietrze podawane jest do pieca przewodem 3, którym doprowadzane jest do strefy wypalania w grubszej części pieca. Od przewodu 3 odchodzi przewód 14, doprowadzający powietrze do strefy spiekania, w obszarze przewężenia bębna pieca. Ciepło zawarte w gorącym kruszywie, wypadającym z odbieralnika kruszywa 8, odbierane jest w chłodniku 12 i wprowadzane jest, na przykład, do pieca ze strumieniem powietrza podawanym przewodem 3. Cieńsza część bębna 1B zakończona jest urządzeniem wysypowym 13. Przewód 14 zakończony jest kolektorem, którego końcówki 11 doprowadzają powietrze szczelinami 15 do wnętrza pieca, przy czym powietrze to doprowadzane jest do pieca przez warstwę granulatu. Urządzenie wysypowe 13, dodatkowo spiętrzające materiał, zakończone jest kryzą 20 z otworem 21.

Stalowy płaszcz bębna 16, grubszej części 1A i cieńszej części 1B, wyłożony jest wewnątrz izolacją ogniotrwałą szamotową 17 i ogniotrwałą roboczą wymurówką 18, na przykład andaluzytową, natomiast zewnętrzna część bębna zaizolowana jest izolacją odporną na wysoką temperaturę, zwłaszcza wełną mineralną 19, pozwalającą na utrzymanie temperatury zewnętrznej powierzchni bębna na poziomie max. 120°C.

Kąt odchylenia osi pieca od poziomu wynosi co najmniej 3,6°.

Głowice pieca 2 i 7 oraz przewody powietrza 3 i 14 są zaizolowane izolacją odporną na wysoką temperaturę, zwłaszcza wełną mineralną 19.

Część powietrza przewodem 3 kierowana jest do strefy wypalania w grubszej części pieca, a pozostałe powietrze przewodem 14 do strefy spiekania rozciągającej się w obszarach przylegających do przewężenia rury, maksymalnie na całej długości grubszej części pieca 1A i do jednej czwartej długości cieńszej jego części 1B.

PL 196 842 B1

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Piec obrotowy do wypalania i spiekania lekkiegokruszywabudowlanego, mający postać walcowego, dwuśrednicowego, odchylonego od poziomu o niewielki kąt zbiornika, którego stalowy pancerz wewnątrz wyłożony jest ceramiczną wymurówką, zaopatrzony w palnik, zespół zasypowy surowego granulatu i odbieralnik spieczonego kruszywa, oraz w instalację doprowadzającą powietrze oraz instalację odprowadzającą spaliny, w którym to piecu występuje układ współprądowy wsadu i gazów spalinowych, znamienny tym, że dwuśrednicowy bęben pieca (16) składa się z grubszej części bębna (1A) i z cieńszej części bębna (1B), a grubsza część bębna zamykana jest głowicą pieca (2), do której to głowicy doprowadzony jest przewód powietrza (3), którego wylot usytuowany jest w grubszej części bębna, przy czym przewód (4), doprowadzający paliwo zakończony jest palnikiem (10), usytuowanym wewnątrz przewodu (3), a z głowicą pieca (2) połączony jest zasobnik (5) i podajnik (6) surowego granulatu, zaś cieńsza część bębna (1B), zamykana głowicą (7), połączona jest z kanałem odbioru spalin (9), ponadto do głowicy (7) podłączony jest jeden koniec chłodnika (12), a od przewodu (3) odchodzi przewód (14) doprowadzający powietrze do kolektora (11), a następnie do szczelin (15) w ścianie pieca, rozmieszczonych na jego obwodzie a usytuowanych w miejscu wypalania i spiekania granulatu, przy czym strefa ta rozciąga się w obszarach przylegających do przewężenia bębna pieca, maksymalnie na całej długości grubszej części pieca (1A) i do jednej czwartej długości cieńszej jego części (1B), ponadto kąt odchylenia osi pieca od poziomu jest korzystnie większy od kąta 3,6°.
2. Piec o^^r'c^tc^w^/ według zas^z. 1, znamienny tym, że stosunek średniczewnęttznych grubszej części bębna (1A) i cieńszej części (1B) mieści się w granicach 1: max. 0,77, a korzystnie wynosi 1: 0,67.
3. Piec obrotowy według zastirz. 1, znamienny tym, że st:alowy płaszcz bębna (16), lego grubszej i cieńszej części, jest wewnątrz wyłożony ogniotrwałą izolacją (17) i ogniotrwałą wymurówką (18), natomiast na zewnątrz wyłożony jest odporną na wysoką temperaturę izolacją (19).
4. Piec obrooowywedług 1, znamienny tym, że urządzenie wysypowe (13) zakończone jest kryzą (20), zaopatrzoną w otwór (21).
5. Piec obrotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że głowice pieca (2) i (7) oraz przewody powietrza (3) i (14) są zaizolowane izolacją odporną na wysoką temperaturę, zwłaszcza wełną mineralną (19).