RU2020398C1

RU2020398C1 - Method for burning of carbonate raw materials and device for its realization

Info

Publication number: RU2020398C1
Authority: RU
Inventors: Эдуард Александрович Ушаков
Original assignee: Эдуард Александрович Ушаков
Priority date: 1991-11-25
Filing date: 1991-11-25
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: burning of carbonate raw materials. SUBSTANCE: method includes crushing of raw materials, their fractionation and heat treatment in three stages: heating up to 440-450 C at rate of 58-60 C/min; heating up to 650-700 C at rate of 28-33 C/min, and heating up to 950-1000 C at rate of 38-43 C/min, with subsequent holding for 7-8 min. Burning device has annular furnace consisting of row of burning chambers with discharge gas channels and sluice gates. Electric heaters are installed parallel to rotating hearth. Chamber arches are screened by polished coating from high alloy steels. Coating of chamber arches is made in form of corona-forming electrode, and surface of rotating hearth, in form of receiving electrode. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для обжига известково-магнезиальных карбонатных пород и для карбонизации цементных сырьевых смесей. The invention relates to heat engineering and can be used for calcining calc-magnesian carbonate rocks and for the carbonization of cement raw mixes.

Известен способ обжига карбонатного сырья, в частности известняка, путем дробления, фракционирования, термообработки и обжига при 850-1200^оС и удаления углекислого газа в составе продуктов сжигания твердого топлива. Для обжига сырья применяют печи различных типов: шахтные, вращающиеся, кольцевые [1].A known method of firing carbonate raw materials, in particular limestone, by crushing, fractionation, heat treatment and firing at 850-1200 ^about C and removing carbon dioxide in the composition of the products of solid fuel combustion. For firing raw materials, various types of furnaces are used: shaft, rotary, ring [1].

Недостаток способа и применяемых устройств - повышенная загрязненность обожженного сырья продуктами сгорания топлива (золой), неоднородность обжига сырья, снижающая его качество, в частности, активности по CaO в % сразу после печи обжига, пониженное содержание CO₂ в отходящих из печи газов (составляет 45-50%), что не позволяет провести утилизацию окиси углерода, а выброс этого газа в атмосферу способствует развитию "парникового эффекта", что наносит существенный вред экологии из-за загрязнения окружающей среды. Кроме того, известные технические решения характеризуются высокими энергозатратами (минимальный расход тепла в кольцевой печи, например, составляет 1400 ккал/кг извести или 5866 кДж/кг).The disadvantage of the method and the devices used is the increased contamination of the calcined raw materials with fuel combustion products (ash), the heterogeneity of the raw materials burning, reducing its quality, in particular, the CaO activity in% immediately after the burning furnace, and the reduced CO ₂ content in the exhaust gases from the furnace (45 -50%), which does not allow the utilization of carbon monoxide, and the emission of this gas into the atmosphere contributes to the development of the greenhouse effect, which causes significant harm to the environment due to environmental pollution. In addition, the known technical solutions are characterized by high energy consumption (the minimum heat consumption in a ring furnace, for example, is 1400 kcal / kg of lime or 5866 kJ / kg).

Наиболее близким к заявленному является устройство для обжига сырьевых гранул, включающее кольцевую печь с вращающимся подом, сферическим подом и системой отопления [2]. Closest to the claimed is a device for firing raw granules, including an annular furnace with a rotating hearth, a spherical hearth and a heating system [2].

Это устройство не обеспечивает надлежащего качества обожженного материала из карбонатного сырья и утилизации углекислого газа, который с продуктами сгорания топлива выбрасывается в атмосферу, вызывая "парниковый эффект". Это устройство характеризуется повышенными энергозатратами. This device does not provide the proper quality of the calcined material from carbonate raw materials and the utilization of carbon dioxide, which is released into the atmosphere with the products of fuel combustion, causing a "greenhouse effect". This device is characterized by increased energy consumption.

Цель изобретения - улучшение качества обожженного материала, снижение энергозатрат, повышение содержания двуокиси углерода в газообразном продукте, расширение ассортимента выпускаемой продукции при обеспечении экологически чистой технологии. The purpose of the invention is improving the quality of the calcined material, reducing energy consumption, increasing the content of carbon dioxide in the gaseous product, expanding the range of products while providing environmentally friendly technology.

Цель достигается тем, что в способе обжига карбонатного сырья путем дробления, фракционирования, термообработки и последующего удаления и охлаждения углеродсодержащего газообразного продукта, термообработку сырья осуществляют тепловым излучением электронагревателей в замкнутых камерах по трехстадийному режиму: нагрев до 440-450^оС со скоростью 58-60^оС/мин, нагрев до 650-700^оС со скоростью 28-33^оС/мин, нагрев до 950-1000^оС со скоростью 38-43^оС/мин с последующей выдержкой 7-8 мин, а в устройстве для обжига карбонатного сырья, включающем кольцевую печь с вращающимся подом, сферическим сводом и системой отопления, кольцевая печь выполнена из ряда по крайней мере двух или трех обжиговых камер с отводящими газовыми каналами и шлюзовыми затворами, а система отопления - в виде электронагревателей, установленных параллельно вращающемуся поду, причем свод камер экранирован полированным покрытием из высоколегированных сталей. Кроме того, с целью осаждения налипающей пыли из обжигаемого материала покрытие свода камер выполнено в виде коронирующего электрода, а поверхность вращающегося пода - в виде осадительного электрода.The goal is achieved by the fact that in the method of calcining carbonate raw materials by crushing, fractionation, heat treatment and subsequent removal and cooling of the carbon-containing gaseous product, the heat treatment of the raw materials is carried out by heat radiation of electric heaters in closed chambers in a three-stage mode: heating to 440-450 ^о С at a speed of 58-60 ^about C / min, heating up to 650-700 ^о С at a speed of 28-33 ^о С / min, heating up to 950-1000 ^о С at a speed of 38-43 ^о С / min, followed by holding for 7-8 minutes, and in the device for firing carbonate feedstock, including annular b with a rotating hearth, a spherical roof and a heating system, the ring furnace is made up of at least two or three firing chambers with exhaust gas channels and lock gates, and the heating system is in the form of electric heaters installed parallel to the rotating hearth, and the camera roof is shielded polished high alloy steels. In addition, in order to deposit adhering dust from the material being fired, the coating of the chamber vault is made in the form of a corona electrode, and the surface of the rotating hearth is in the form of a precipitation electrode.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вид сверху; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема развертки кольцевой печи по оси пода. In FIG. 1 shows the proposed device, a top view; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 - scan pattern of the annular furnace along the axis of the hearth.

Карбонатное сырье, например известняк, дробят, фракционируют с выделением фракций 0-20 мм и термообрабатывают тепловым излучением электронагревателей в замкнутых камерах по трехстадийному режиму: нагрев до 440-450^оС со скоростью 58-60^оС/мин, нагрев до 650-700^оС со скоростью 28-33^оС/мин, нагрев до 950-1000^оС со скоростью 38-43^оС/мин, затем проводят выдержку при этой температуре 7-8 мин. Выделяющийся углекислый газ CO₂ отсасывают практически в чистом виде из замкнутых камер, охлаждают и используют для получения жидкого углерода (с закачкой в баллоны - для газирования воды и других напитков) и для изготовления сухого льда.Carbonate raw materials such as limestone, crushed, fractionated separation of fractions of 0-20 mm and heat-treated by heat radiation of electric heaters in closed chambers by three step regime: heating to 440-450 ^C at a rate ^of 58-60 C / min, heating up to 650-700 ^about With a speed of 28-33 ^about C / min, heating to 950-1000 ^about With at a speed of 38-43 ^about C / min, then hold at this temperature for 7-8 minutes. The emitted carbon dioxide CO _{2 is} sucked off in almost pure form from closed chambers, cooled and used to produce liquid carbon (pumped into cylinders to aerate water and other drinks) and to make dry ice.

Конкретные примеры реализации технического решения и характеристика получаемых продуктов обжига представлены в таблице. Specific examples of the implementation of the technical solution and the characteristics of the obtained firing products are presented in the table.

Устройство для обжига карбонатного сырья включает кольцевую печь 1 с вращающимся подом 2 и сферическим сводом 3. Кольцевая печь выполнена из трех камер 4,5,6 (в данном конкретном случае) с отводящими газовыми каналами 7,8,9 и шлюзовыми затворами 10-14. Печь снабжена системой электронагревателей (тэнов) 15, установленных параллельно поверхности вращающегося пода. Свод камер кольцевой печи экранирован полированным покрытием 16 из высоколегированных сталей. Кольцевая печь снабжена загрузочной камерой 17 и выгрузочной камерой 18. Покрытие свода камер выполнено в виде коронирующего электрода, а поверхность вращающегося пода - в виде осадительного электрода. A device for firing carbonate raw materials includes an annular furnace 1 with a rotating hearth 2 and a spherical vault 3. The annular furnace is made of three chambers 4,5,6 (in this particular case) with exhaust gas channels 7,8,9 and lock gates 10-14 . The furnace is equipped with a system of electric heaters (heating elements) 15 mounted parallel to the surface of the rotating hearth. The chamber vault of the ring furnace is shielded by a polished coating 16 of high alloy steels. The annular furnace is equipped with a loading chamber 17 and an unloading chamber 18. The roof of the chamber is made in the form of a corona electrode, and the surface of the rotating hearth is in the form of a precipitation electrode.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После разогрева печи 1 со сферическим сводом 3 тэнами 15 и вывода ее в рабочий режим обжигаемый материал - карбонатное сырье через загрузочную камеру 17 засыпается равномерным слоем на вращающийся под 2 и подвергается по данному режиму тепловой обработке последовательно в камерах 4,5,6 по мере перемещения материала вместе с подом. Через газовый канал 7 отводятся продукты дегидратации породы при нагреве ее до 440-450^оС, а через каналы 8 и 9 при нагреве породы соответственно до 650-700^оС и 950-1000^оС с выдержкой 7-8 мин отводятся продукты декарбонизации сырья - углекислый газ CO₂. Эффективность термообработки и технологического процесса декарбонизации усиливается отражательным экранированным покрытием 16 свода, выполненным из высоколегированной стали. Для осаждения пыли в обжиговых камерах кольцевой печи создают электрическое поле за счет выполнения покрытия свода в виде коронирующего электрода и поверхности вращающегося пода в виде осадительного электрода (по принципу работы однозонного электрофильтра). Это препятствует налипанию пылевых частиц на полированную поверхность покрытия свода, причем эти частицы осаждаются на поверхность вращающегося пода печи.After heating the furnace 1 with a spherical arch 3 by heating elements 15 and putting it into operation, the calcined material — the carbonate raw material — is fed through the loading chamber 17 with a uniform layer onto the rotating plate 2 and is subjected to heat treatment in this mode sequentially in chambers 4,5,6 as it moves material with hearth. 7 through the gas passage discharged dehydration products breed in heating up to 440-450 ^C and through the channels 8 and 9, respectively, when heated to breed 650-700 ^{° C} and 950-1000 ^{° C} with an exposure of 7-8 minutes diverted products decarbonization of raw - carbon dioxide CO ₂ . The efficiency of heat treatment and the decarbonization process is enhanced by a reflective shielded coating 16 of the arch, made of high alloy steel. To deposit dust in the kiln chambers of the ring furnace, an electric field is created by coating the arch in the form of a corona electrode and the surface of the rotating hearth in the form of a precipitation electrode (according to the principle of operation of a single-zone electrostatic precipitator). This prevents dust particles from sticking to the polished surface of the roof covering, and these particles are deposited on the surface of the rotary hearth of the furnace.

В процессе обжига карбонатного сырья шлюзовые затворы 10-14 препятствуют перетоку газовых потоков из камеры в камеру и в окружающую среду, что обеспечивает обжиг сырья практически в изолирующих условиях. Выделяющийся углекислый газ CO₂ без доступа воздуха через каналы 8 и 9 извлекается, охлаждается, накапливается и подвергается дальнейшей переработке - в жидкую углекислоту и твердый продукт (сухой лед), а декарбонизированное сырье (известь) выгружается через камеру 18.In the process of firing carbonate raw materials, sluice gates 10-14 prevent the flow of gas flows from the chamber into the chamber and into the environment, which ensures the burning of raw materials practically in insulating conditions. The released carbon dioxide CO ₂ without air access through channels 8 and 9 is extracted, cooled, accumulated and subjected to further processing - into liquid carbon dioxide and solid product (dry ice), and decarbonized raw materials (lime) are discharged through chamber 18.

Жидкую двуокись углерода получают по известной технологии путем сжатия углекислого газа с температурой 20±2^оС при давлении около 6 МПа, а сухой лед получают при атмосферном давлении путем охлаждения углекислого газа при отрицательной температуре - 78,515^оС.The liquid carbon dioxide obtained by known techniques by compressing carbon dioxide to a temperature of 20 ± 2 ° ^C under a pressure of about 6 MPa, and the dry ice at atmospheric pressure is obtained by cooling of carbon dioxide at temperatures below freezing - 78.515 ^C.

При обжиге карбонатных пород, в частности известняка, получают известь с активностью 90-95% по CaO сразу после печи обжига. Удельный расход тепла составляет 3000-3200 кДж/кг извести. Содержание чистого углерода в отходящих газах составляет 98-90%, что позволяет перерабатывать этот газ сразу после его охлаждения в жидкий углерод и сухой лед. When firing carbonate rocks, in particular limestone, lime is obtained with an activity of 90-95% CaO immediately after the firing furnace. The specific heat consumption is 3000-3200 kJ / kg of lime. The content of pure carbon in the exhaust gases is 98-90%, which allows you to process this gas immediately after its cooling into liquid carbon and dry ice.

Предотвращение выбросов отходящих газов в окружающую среду с CO₂ обеспечивает безотходность технологии, которая становится экологически чистой. А получение, помимо извести с повышенной активностью по CaO, жидкого углерода и сухого льда направлено на расширение ассортимента выпускаемой продукции.Prevention of emissions of exhaust gases into the environment with CO ₂ ensures non-waste technology that becomes environmentally friendly. And the production, in addition to lime with increased activity on CaO, liquid carbon and dry ice, is aimed at expanding the range of products.

Трехстадийный режим термообработки карбонатного сырья по температуре и скоростям нагрева подобран экспериментальным путем. Этот режим обеспечивает наилучшие условия декарбонизации с учетом роста сопротивления передаче тепла и замедления диффузии углекислого газа через все увеличивающийся слой обожженного материала в окружающее печное пространство. The three-stage regime of heat treatment of carbonate raw materials in terms of temperature and heating rates was selected experimentally. This mode provides the best conditions for decarbonization, taking into account the increase in resistance to heat transfer and slowing the diffusion of carbon dioxide through an ever-increasing layer of calcined material into the surrounding furnace space.

Любое отклонение от технологических параметров обжига, защищаемых совокупностью отличительных признаков формулы изобретения, ухудшает качество извести по CaO в %, повышает удельные энергозатраты, уменьшает выделение углекислого газа CO₂. Это относится и к отличительной части устройства.Any deviation from the technological parameters of firing, protected by a set of distinctive features of the claims, worsens the quality of lime on CaO in%, increases the specific energy consumption, reduces the emission of carbon dioxide CO ₂ . This also applies to the distinguishing part of the device.

Кроме того, CO₂ - газ, который в наибольшей степени обеспечивает передачу тепла лучеиспусканием, что особенно важно в отсутствии запыленности печного пространства, это условие обеспечивается созданием электростатического поля. А особенность применяемого покрытия свода из высоколегированных сталей с полированной экранированной поверхностью заключается в отражающей, а не поглощающей способности.In addition, CO ₂ is the gas that most provides heat transfer by radiation, which is especially important in the absence of dust in the furnace space, this condition is ensured by the creation of an electrostatic field. A feature of the applied coating of the vault of high-alloy steels with a polished shielded surface is the reflective rather than absorbing ability.

Claims

1. The method of firing carbonate raw materials by crushing, fractionation, heat treatment and subsequent removal and cooling of a carbon-containing gaseous product, characterized in that the heat treatment of the raw material is carried out in a three-stage mode: heating to 440 - 450 ^o C at a speed of 58 - 60 ^o C / min, heating up to 650 - 700 ^o С at a speed of 28 - 33 ^o С / min, heating up to 950 - 1000 ^o С at a speed of 38 - 43 ^o С / min, followed by holding for 7 - 8 min.

2. A device for firing carbonate raw materials, including an annular furnace with a rotating hearth, a spherical vault and a heating system, characterized in that the annular furnace is made up of at least two or three calcining chambers with exhaust gas channels and lock gates, and the heating system in the form of electric heaters installed parallel to the rotating hearth, and the chamber vault is shielded by a polished coating of high alloy steels.

3. The device according to claim 2, characterized in that the coating of the chamber vault is made in the form of a corona electrode, and the surface of the rotating hearth is in the form of a precipitation electrode.