RU2063594C1

RU2063594C1 - Method of roasting carbonate raw material and regenerative shaft furnace for roasting carbonate raw material

Info

Publication number: RU2063594C1
Authority: RU
Inventors: Е.М. Панов; Б.С. Чайкин; Г.Е. Марьянчик; В.Г. Вереин; В.В. Салмин; Б.А. Кустов; Р.С. Айзатулов; Б.И. Сельский; Б.А. Мельников
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Западно-Сибирский металлургический комбинат"
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1996-07-10

Abstract

FIELD: preparation of metallurgical raw material; roasting of limestone and dolomite. SUBSTANCE: 20 to 25 percent of gaseous fuel required for roasting is fed through nozzles in regenerative shaft furnace with coaxial inner and outer shafts which operate in turn in mode of parallel-current flow and counter-current flow. Nozzles are mounted below edges of walls of inner shaft at level of boundary of roasting and cooling zones. Fuel fed to upper portion of roasting zone is burnt at excess-air coefficient of α=1.3-1.4. Shaft furnace is additionally equipped with nozzles for feeding gaseous fuel which are mounted over circumference of shaft below edge of inner shaft at boundary of roasting and cooling zones. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области подготовки металлургического сырья, в частности к обжигу известняка, доломита и др. The invention relates to the field of preparation of metallurgical raw materials, in particular to the calcination of limestone, dolomite, etc.

Известен обжиг карбонатного сырья в двух- или трехшахтных регенеративных печах, в которых шахты соединены между собой переточными каналами (1). Недостатком известного способа обжига является недостаточно равномерное распределение газовых потоков по сечению шахт и, как следствие, снижение качества обжига. It is known to burn carbonate raw materials in two- or three-shaft regenerative furnaces, in which the mines are interconnected by transfer channels (1). A disadvantage of the known firing method is the insufficiently uniform distribution of gas flows over the cross section of the mines and, as a result, a decrease in the quality of firing.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ обжига карбонатного сырья и регенеративная шахтная печь для обжига карбонатного сырья (2). The closest to this invention in terms of technical nature and the technical result achieved is a method of firing carbonate raw materials and a regenerative shaft furnace for firing carbonate raw materials (2).

Известный способ обжига карбонатного сырья в регенеративной шахтной печи, разделенной по высоте на зоны обжига и охлаждения с коаксиально расположенными внутренней и наружной шахтами, попеременно работающими в режиме прямотока и противотока, включает подачу воздуха на горение и верхнюю часть печи в слой обжигаемого материала, ввод газового топлива через погруженные в часть печи воздуха на охлаждение обожженного материала. A known method of firing carbonate raw materials in a regenerative shaft furnace, divided in height into firing and cooling zones with coaxially located internal and external shafts, alternately working in the forward and counterflow modes, includes supplying air to the combustion and the upper part of the furnace to the calcined material layer, introducing a gas fuel through the air immersed in the furnace part to cool the calcined material.

Известная регенеративная шахтная печь для обжига карбонатного сырья содержит коаксиально расположенные внутреннюю и наружную шахты с зонами обжига и охлаждения по высоте, систему подачи газового топлива с расположенными в верхней части зоны обжига соплами, систему подачи воздуха для горения и отвода дымовых газов, систему подачи воздуха для охлаждения, расположенную в нижней части печи. Known regenerative shaft kiln for calcining carbonate raw materials contains coaxially located inner and outer shafts with firing and cooling zones in height, a gas fuel supply system with nozzles located in the upper part of the firing zone, an air supply system for combustion and flue gas exhaust, an air supply system for cooling located at the bottom of the furnace.

Недостатком известных способа обжига карбонатного сырья и регенеративной шахтной печи для обжига карбонатного сырья является большая тепловая нагрузка на обрабатываемый материал и стенки наружной кольцевой шахты, расстояние между которыми в пять раз меньше диаметра внутренней шахты для равенства площадей их поперечного сечения. A disadvantage of the known method of calcining carbonate raw materials and a regenerative shaft furnace for calcining carbonate raw materials is the large heat load on the processed material and the walls of the outer annular shaft, the distance between which is five times less than the diameter of the inner shaft for equal cross-sectional areas.

Техническим результатом данного изобретения является увеличение стойкости стенок печи и повышение качества обжига за счет выравнивания распределения температуры в зоне обжига. The technical result of this invention is to increase the resistance of the walls of the furnace and improve the quality of firing due to equalization of the temperature distribution in the firing zone.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе обжига карбонатното сырья в регенеративной шахтной печи, разделенной по высоте на зоны обжига и охлаждения, с коаксиально расположенными внутренней и наружной шахтами, попеременно работающими в режиме прямотока и противотока, включающем подачу воздуха на горение в верхнюю часть печи в слой обжигаемого материала, ввод газового топлива через погруженные в материал сопла и подачу в нижнюю часть печи воздуха на охлаждение обожженного материала, 20-25% необходимого для обжига газового топлива подают через сопла, установленные ниже кромки стенок внутренней шахты на уровне границы зон обжига и охлаждения, а топливо, подаваемое в верхнюю часть зоны обжига, сжигают с коэффициентом избытка воздуха α= 1,3 1,4. The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of firing carbonate raw materials in a regenerative shaft furnace, divided by height into firing and cooling zones, with coaxially located inner and outer shafts, alternately working in the forward flow and counterflow mode, including the combustion air supply to the upper part of the furnace into the layer of the calcined material, the introduction of gas fuel through the nozzles immersed in the material and the air supply to the lower part of the furnace to cool the calcined material, 20-25% required for gas fuel firing is supplied through nozzles installed below the edge of the walls of the inner shaft at the boundary of the firing and cooling zones, and the fuel supplied to the upper part of the firing zone is burned with an excess air coefficient α = 1.3 1.4.

Указанный технический результат достигается также тем, что известная регенеративная шахтная печь для обжига карбонатного сырья, содержащая коаксиально расположенные внутреннюю и наружную шахты с зонами обжига и охлаждения по высоте, систему подачи газового топлива с расположенными в верхней части зоны обжига соплами, систему подачи воздуха для горения и отвода дымовых газов, систему подачи воздуха для охлаждения, расположенную в нижней части печи, дополнительно снабжена установленными по окружности наружной шахты ниже кромки внутренней шахты на границе зон обжига и охлаждения соплами для подачи газового топлива. The specified technical result is also achieved by the fact that the well-known regenerative shaft furnace for burning carbonate raw materials, containing coaxially located inner and outer shafts with firing and cooling zones in height, a gas fuel supply system with nozzles located in the upper part of the firing zone, a combustion air supply system and flue gas removal, the cooling air supply system located in the lower part of the furnace is additionally equipped with circumferential outer shafts installed below the inner edge mines at the boundary of the firing and cooling zones with nozzles for supplying gas fuel.

Наличие сопел подачи вторичного топлива позволяет сжигать подаваемую сверху часть топлива с повышенным коэффициентом избытка воздуха, снижая тепловую нагрузку на стенки шахты и обрабатываемый материал. Сжигание топлива, подаваемого сверху через погруженные в материал сопла, с коэффициентом избытка воздуха α= 1,3.1,4 обеспечивает оптимизацию тепловыделения в верхней части, зоны обжига. При коэффициенте α более 1,4 температура продуктов сгорания недостаточна для эффективного обжига, при коэффициенте a менее 1,3 слишком высокая, что ведет к перегреву стенок печи и "пережогу" обрабатываемого материала. Подача 20.25% необходимого для обжига топлива ниже уровня кромки стенок внутренней шахты позволяет поддерживать температуру в нижней части зоны обжига, соответствующую максимальным условиям его завершения. При подаче менее 20% может иметь место неполнота обжига, при подаче более 25% возможен "пережог" обрабатываемого материала. The presence of nozzles for supplying secondary fuel allows you to burn part of the fuel supplied from above with an increased coefficient of excess air, reducing the heat load on the walls of the mine and the material being processed. The combustion of fuel supplied from above through nozzles immersed in the material with an excess air coefficient α = 1.3.1.4 ensures optimization of heat generation in the upper part of the firing zone. When the coefficient α is more than 1.4, the temperature of the combustion products is insufficient for effective firing, when the coefficient a is less than 1.3, it is too high, which leads to overheating of the furnace walls and “burning” of the processed material. The supply of 20.25% of the fuel necessary for firing below the level of the edge of the walls of the inner shaft allows you to maintain the temperature in the lower part of the firing zone, corresponding to the maximum conditions for its completion. With a feed of less than 20%, incomplete firing may occur; with a feed of more than 25%, "burnout" of the processed material is possible.

Способ обжига карбонатного сырья, преимущественно известняка, доломита, в регенеративной шахтной печи, разделенной по высоте на зоны обжига и охлаждения, с коаксиально расположенными внутренней и наружной шахтами, попеременно работающими в режиме прямотока и противотока, включает подачу воздуха на горение в верхнюю часть печи в слой обжигаемого материала, ввод газового топлива через погруженные в материал сопла и подачу в нижнюю часть печи воздуха на охлаждение обожженного материала, 20-25% необходимого для обжига газового топлива подают через сопла, установленные ниже кромки стенок внутренней шахты на уровне границы зон обжига и охлаждения, а топливо, подаваемое в верхнюю часть зоны обжига, сжигают с коэффициентом избытка воздуха a= 1,3-1,4. The method of firing carbonate raw materials, mainly limestone, dolomite, in a regenerative shaft furnace, divided by height into firing and cooling zones, with coaxially located inner and outer shafts, alternately working in the forward and counterflow modes, includes supplying combustion air to the upper part of the furnace in a layer of fired material, the introduction of gas fuel through nozzles immersed in the material and the supply of air to the lower part of the furnace to cool the fired material, 20-25% of the amount required for firing the gas fuel is supplied through nozzles installed below the edge of the walls of the inner shaft at the level of the boundary of the firing and cooling zones, and the fuel supplied to the upper part of the firing zone is burned with an excess air coefficient a = 1.3-1.4.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

Прямоточно-противоточная регенеративная печь для обжига известняка с коаксиальным расположением шахт характеризуется следующими параметрами технологического процесса применительно к условиям Западно-Сибирского меткомбината:
производительность 480 т/сутки,
расход природного газа 80 кг/т извести,
-выход печных газов-3160 кг/т извести.Direct-flow countercurrent regenerative kiln for calcining limestone with a coaxial arrangement of mines is characterized by the following process parameters as applied to the conditions of the West Siberian Iron and Steel Works:
productivity is 480 t / day,
natural gas consumption 80 kg / t lime,
- the output of furnace gases is 3160 kg / t of lime.

При работе печи по известному способу (2), топливо в прямотоке сжигают с коэффициентом избытка воздуха 1,1, при этом газы, отходящие из зоны обжига, имеют температуру около 1050^oC. При сжигании топлива согласно заявляемому способу с коэффициентом избытка, воздуха 1,3.1,4 температура газов снижается до 950^oС, обеспечивая повышение стойкости стенок печи, и становится равной температуре воздуха, охлаждающего обожженную известь. Для завершения процесса обжига в противотоке смесь газов, отходящих из прямоточной шахты, и охлаждающего воздуха нагревают до 1150^oC сжиганием части топлива ниже кромки стенок внутренней шахты. Газы, поступающие в противоточную шахту, имеют объемный химический состав в О₂ 7% N₂ 60% CO₂ 22% H₂O 11% Прирост удельного теплосодержания газов при нагреве с 950 до 1150^oC составляет 260 кДж/кг. Количество тепла, которое необходимо внести с топливом, подаваемым ниже кромки стенок внутренней шахты, составит: 260 • 3160 822000 кДж/т извести. При теплотворной способности природного газа 45500 кДж/кг его потребуется

18 кг/т извести или

22,6% от общего расхода топлива.When the furnace is operated according to the known method (2), the fuel in direct flow is burned with an excess air coefficient of 1.1, while the gases leaving the burning zone have a temperature of about 1050 ^° C. When burning fuel according to the inventive method with an excess coefficient of air 1 3.1.4, the temperature of the gases decreases to 950 ^o C, providing increased resistance to the walls of the furnace, and becomes equal to the temperature of the air cooling the calcined lime. To complete the firing process in countercurrent, the mixture of gases leaving the direct-flow shaft and cooling air is heated to 1150 ^o C by burning part of the fuel below the edge of the walls of the inner shaft. The gases entering the countercurrent mine have a volumetric chemical composition of O ₂ 7% N ₂ 60% CO ₂ 22% H ₂ O 11%. The increase in the specific heat content of gases when heated from 950 to 1150 ^o C is 260 kJ / kg. The amount of heat that must be added with the fuel supplied below the edge of the walls of the inner shaft will be: 260 • 3160 822000 kJ / t of lime. With a calorific value of natural gas of 45,500 kJ / kg it will be required

18 kg / t lime or

22.6% of total fuel consumption.

Варьируя в заявляемых пределах величинами коэффициента избытка воздуха и расхода топлива, устанавливают наиболее благоприятный режим обжига, обеспечивающий высокое качество получаемого продукта и увеличенную стойкость стенок наружной и внутренней шахт. By varying the declared limits with the values of the coefficient of excess air and fuel consumption, the most favorable firing mode is established, which ensures high quality of the obtained product and increased resistance of the walls of the outer and inner mines.

Регенеративная шахтная печь для обжига карбонатного сырья фиг. 1 (продольный разрез). Regenerative shaft kiln for calcining carbonate feeds FIG. 1 (longitudinal section).

Регенеративная шахтная печь для обжига карбонатного сырья, преимущественно известняка, доломита, содержит коаксиально расположенные внутреннюю 1 и наружную 2 шахты с зонами обжига и охлаждения по высоте и равновеликой площадью внутреннего поперечного сечения. Стенки наружной шахты выполнены футерованными, с целью сведения к минимуму тепловых потерь с наружной поверхности печи. Стенки внутренней шахты, выполняющие функцию разделения встречных газовых источников и практически не участвующие в теплообмене, целесообразно изготавливать из жароупорной стали, с целью упрощения конструкции и экономии огнеупоров. В случае отсутствия соответствующей условиям работы жароупорной стали возможно выполнение стенок внутренней шахты футерованными с охлаждаемой несущей металлической юбкой из обычной стали. Внутренняя шахта подвешена к крышке 3 печи с помощью подвесок 4. Верхняя часть внутренней шахты 1 выполнена в виде конуса 5, переходящего в коленчатый патрубок 6, служащий для загрузки внутренней шахты, выполняющей функцию системы подачи воздуха для горения и отвода дымовых газов. К крышке 3 печи примыкает коленчатый патрубок 7, служащий для загрузки наружной шахты 2. Патрубки 6 и 7 снабжены термичными клапанами 8, через которые загружаются обе шахты. Для подвода воздуха и отвода дымовых газов крышка 3 имеет также патрубок 9. The regenerative shaft furnace for calcining carbonate raw materials, mainly limestone, dolomite, contains coaxially located inner 1 and outer 2 shafts with firing and cooling zones in height and the same internal cross-sectional area. The walls of the outer shaft are lined in order to minimize heat loss from the outer surface of the furnace. The walls of the inner shaft, which perform the function of separating oncoming gas sources and practically do not participate in heat transfer, are expediently made of heat-resistant steel, in order to simplify the design and save refractories. In the absence of heat-resistant steel that meets the working conditions, it is possible to make the walls of the inner shaft lined with a cooled bearing metal skirt made of ordinary steel. The inner shaft is suspended from the furnace cover 3 by means of suspensions 4. The upper part of the inner shaft 1 is made in the form of a cone 5, turning into a bent pipe 6, which serves to load the inner shaft, which serves as an air supply system for combustion and flue gas removal. An elbow pipe 7 adjacent to the furnace cover 3 is used to load the outer shaft 2. The pipes 6 and 7 are equipped with thermal valves 8 through which both shafts are loaded. For supplying air and exhaust flue gases, the cover 3 also has a pipe 9.

Система подачи газового топлива включает в себя расположенные в верхней части зоны обжига и погруженные в материал сопла 10 (т.е. топливо подают сверху). Дополнительные сопла 11 для подачи газового топлива установлены по окружности наружной шахты на границе зон обжига и охлаждения. Расстояние L от кромки внутренней шахты 1 до оси сопел 11 и зазор S между стенками наружной и внутренней шахт связаны соотношением L≥S. К нижнему торцу наружной шахты 2 примыкает разгрузочное устройство 12, приемный бункер 13, имеющий герметичный клапан 14 для выдачи обожженного материала и патрубок 15 для подачи охлаждающего воздуха, соединенный системой подачи воздуха для охлаждения. The gas fuel supply system includes nozzles 10 located in the upper part of the calcination zone and immersed in the material (i.e., fuel is supplied from above). Additional nozzles 11 for supplying gas fuel are installed around the circumference of the outer shaft at the boundary of the firing and cooling zones. The distance L from the edge of the inner shaft 1 to the axis of the nozzles 11 and the gap S between the walls of the outer and inner shafts are connected by the ratio L≥S. An unloading device 12, a receiving hopper 13, having a sealed valve 14 for dispensing burnt material and a pipe 15 for supplying cooling air, connected by an air supply system for cooling, are adjacent to the lower end of the outer shaft 2.

Регенеративная шахтная печь для обжита карбонатов, преимущественно известняка, доломита, работает следующим образом. Regenerative shaft furnace for the habitat of carbonates, mainly limestone, dolomite, works as follows.

В наружной 2 и внутренней 1 шахтах попеременно (через 10. 15 минут) меняют режим работы с прямотока на противоток. В прямоточной шахте производится сжигание топлива, при этом воздух для горения нагревается, проходя через разогретый в предыдущем цикле обжигаемый материал. Через противоточную шахту отводят дымовые газы и воздух из зоны охлаждения, теплом которых нагревают вновь загруженную порцию обжигаемого материала. Загрузку обжигаемого материала производят при переключении режимов в шахту, работавшую в предыдущем цикле в прямотоке. Охлаждение обожженного материала осуществляют подачей воздуха через нижний торец печи. В этом же воздухе, нагретом до 900.950^oС, сжигают топливо, подаваемое через сопла 11. Продукты сгорания смешиваются с избыточным воздухом и дымовыми газами из прямоточной шахты и поступают в противоточную шахту. Обожженный материал регулируемой скоростью разгружают в приемный бункер 13 с помощью разгрузочного устройства 12 и при переключении режимов выдают из печи через клапан 14.In the outer 2 and inner 1 mines alternately (after 10. 15 minutes) change the mode of operation from the forward flow to the counter flow. In a direct-flow mine, fuel is burned, while the combustion air is heated, passing through the calcined material heated in the previous cycle. Flue gases and air are removed through a countercurrent shaft from the cooling zone, with the heat of which a newly loaded portion of the calcined material is heated. Download fired material produced when switching modes in the mine, which worked in the previous cycle in the direct flow. Cooling the calcined material is carried out by supplying air through the lower end of the furnace. In the same air heated to 900.950 ^o C, the fuel supplied through the nozzle 11 is burned. Combustion products are mixed with excess air and flue gases from the direct-flow shaft and enter the counter-flow shaft. The calcined material is discharged at a controlled speed into the receiving hopper 13 using a discharge device 12 and when switching modes, it is discharged from the furnace through the valve 14.

Использование заявляемого способа обжига и печи для его осуществления позволяет по сравнению с известными обеспечить более равномерное распределение тепловых нагрузок в зоне обжига. В результате увеличивается стойкость стенок шахт печи и повышается качество обрабатываемого материала. За счет подачи части топлива в нижнюю часть зоны обжита уменьшается высота стенки внутренней шахты о соответствующим сокращением расхода дефицитных материалов для ее изготовления. The use of the proposed method of firing and furnace for its implementation allows, in comparison with the known, to provide a more uniform distribution of thermal loads in the firing zone. As a result, the resistance of the walls of the shaft of the furnace increases and the quality of the processed material increases. By supplying part of the fuel to the lower part of the habitable zone, the height of the wall of the inner shaft decreases, thereby reducing the consumption of scarce materials for its manufacture.

Claims

1. The method of firing carbonate raw materials, mainly limestone, dolomite in a regenerative shaft furnace, divided by height into firing and cooling zones, with coaxially located inner and outer shafts, alternately working in the forward flow and counterflow modes, including supplying combustion air to the upper part of the furnace into the calcined material layer, introducing gas fuel through nozzles immersed in the material and supplying air to the lower part of the furnace to cool the calcined material, characterized in that 20-25% of the amount required for calcination Fuel gas is fed through nozzles mounted below the edges of the inner walls of the shaft at the boundary firing and cooling zones, and the fuel is supplied to the upper part of the firing zone is combusted with excess air coefficient α = 1,3-1,4.

2. Regenerative shaft furnace for burning carbonate raw materials, mainly limestone, dolomite, containing coaxially located internal and external shafts with firing and cooling zones in height, a gas fuel supply system with nozzles located in the upper part of the firing zone, a combustion and exhaust air supply system flue gas, an air supply system for cooling, located in the lower part of the furnace, characterized in that it is additionally equipped with installed around the circumference of the outer shaft below the edge of the inner Akhty at the boundary firing zones and cooling nozzles for supplying gaseous fuel.