RU2281449C2

RU2281449C2 - Fluidized bed furnace

Info

Publication number: RU2281449C2
Application number: RU2004121450/03A
Authority: RU
Inventors: нский Дмитрий Александрович Пумп (RU); Дмитрий Александрович Пумпянский; Николай Иванович Фартушный (RU); Николай Иванович Фартушный; Виталий Александрович Волохов (UA); Виталий Александрович Волохов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Таганрогский металлургический завод" (ОАО "ТАГМЕТ")
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-08-10
Also published as: RU2004121450A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: furnace comprises valving members provided with the cylindrical branch pipes at its inlet and outlet, hopper for limestone, two zones for heating limestone, zone for roasting the limestone, zone for cooling lime, and hopper for lime. The axes of the branch pipes are inclined at an angle of 38-35° to the horizon and are inclined one to the other at an angle of 52-90°. The projections of the extensions of the axes of the branch pipes intersect on the surface of the gas distributing screens at a distance of 0.256-0.375 of the diameter of the zones from their center.

EFFECT: reduced fuel consumption.

4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано в печах кипящего слоя эндотермического обжига извести для производства и внепечной обработки чугуна и стали.The invention relates to the metallurgical industry and can be used in furnaces of a fluidized bed of endothermic calcination of lime for the production and out-of-furnace treatment of cast iron and steel.

Известно переточное устройство многозонной печи кипящего слоя, содержащее выполненную с приливом клапанную коробку, в которой клапан установлен на поворотном рычаге, с осью, расположенной в полости клапанной коробки, входной и выходной цилиндрические патрубки, снабженные герметичными кожухами и соединяющим их воздуховодом, выход которого сообщается с полостью клапанной коробки (А.с. СССР №977916, МКИ³ F 27 B 15/00. Опубл. в Б.И. №44, 1982 г.).A transfer device of a multi-zone fluidized bed furnace is known, comprising a valve box made with a tide, in which the valve is mounted on a pivot arm, with an axis located in the cavity of the valve box, inlet and outlet cylindrical nozzles provided with sealed casings and an air duct connecting them, the outlet of which is in communication with the cavity of the valve box (AS USSR No. 977916, MKI ³ F 27 B 15/00. Published in B.I. No. 44, 1982).

Известное переточное устройство выходным патрубком подключено к основанию нижерасположенной зоны, что затрудняет непрерывную передачу и движение материала в ее кипящем слое. Движение материала в импульсном режиме образует проскок необработанных частиц от загрузки к выгрузке и снижение качества и количества производимой продукции, повышение расхода топлива на процесс из-за незавершенности теплообмена между газом и материалом в кипящих слоях технологических зон. Выполнение на элементах переточного устройства герметичных кожухов снижает ремонтоспособность устройств из-за затруднительного доступа к основным конструкциям устройства, подверженным термическим разрушениям в условиях высокотемпературного (~1000°С) воздействия печных газов.The known transfer device outlet pipe is connected to the base of the lower zone, which makes it difficult to continuous transfer and movement of material in its fluidized bed. The movement of the material in a pulsed mode forms a breakthrough of unprocessed particles from loading to unloading and a decrease in the quality and quantity of products produced, an increase in fuel consumption for the process due to incomplete heat exchange between the gas and the material in the fluidized layers of the technological zones. The execution on the elements of the transfer device of sealed enclosures reduces the maintainability of the devices due to the difficult access to the main structures of the device, subject to thermal damage in conditions of high temperature (~ 1000 ° C) exposure to furnace gases.

Известна печь кипящего слоя для обжига сыпучего материала, содержащая скиповый подъемник с загрузочным бункером, воздуходувку, дымосос, футерованный корпус с зонами подогрева, обжига и охлаждения, разделенными решетками, формирующими кипящие слои материала, снабженная переточными устройствами в виде двух параллельно установленных трубопроводов с цилиндрическими патрубками, соединяющих смежные кипящие слои, циклон и глухую перегородку, установленные между зоной обжига известняка и второй по ходу материала зоной подогрева, решетку на глухой перегородке в виде труб с вертикальными отверстиями в их верхней части, подключенную к воздуходувке (А.с. СССР №924488, МКИ³ F 27 В 15/00. Опубл. в Б.И. №16, 1982). Данная печь выбрана в качестве прототипа.A known fluidized bed furnace for firing bulk material, comprising a skip hoist with a loading hopper, a blower, a smoke exhaust fan, a lined housing with heating, firing and cooling zones, separated by gratings forming fluidized layers of material, equipped with transfer devices in the form of two parallel pipelines with cylindrical nozzles connecting adjacent fluidized beds, a cyclone and a blank partition, installed between the lime burning zone and the second heating zone along the material, the grate a blind partition in the form of pipes with vertical holes in their upper part, connected to a blower (AS USSR No. 924488, MKI ³ F 27 B 15/00. Published in BI No. 16, 1982). This furnace is selected as a prototype.

К недостаткам известной многозонной печи кипящего слоя для обжига сыпучего материала следует отнести ее низкую тепловую эффективность и недостаточный выход готовой продукции. Интенсивность теплообмена между газом и материалом определяется режимом псевдоожижения и взаиморасположением загрузки и выгрузки. Наличие в известной печи плоской перфорированной решетки и использование относительно крупного (0,012-0,025 м) сырья предполагает наличие кипящего слоя частиц, характеризуемого числами псевдоожижения от 1,3 до 2,0 (также см. Патент России №1762095, МКИ³ F 27 В 15/00. Опубл. в Б.И. №34, 1992). Этот режим характеризуется значительной незавершенностью теплообмена между воздухом (60-100°С) и известью (950-1050°С). При этом разность температур между кипящим слоем извести и отходящим из него воздухом достигает 150-200°С (см. Сыромятников Н.И. и др. Тепло- и массообмен в кипящем слое. М.: Химия, 967, с.67-73). В прототипе не предусмотрена организация направленного движения материала от загрузки к выгрузке по максимально возможной траектории, поэтому перемещение материала в кипящих слоях зон происходит по кратчайшему пути, наименее эффективному по тепловым характеристикам. Некоторые частицы при этом практически сразу из загрузки попадают в выгрузку. При этом для теплообмена не используется весь объем кипящего слоя, а приблизительно 70% его, что уменьшает степень тепловой обработки, качество и количество производимой продукции, расход топлива на процесс.The disadvantages of the well-known multi-zone fluidized bed furnace for firing bulk material should include its low thermal efficiency and insufficient yield of finished products. The heat exchange between the gas and the material is determined by the fluidization regime and the relative position of the loading and unloading. The presence in the known furnace of a flat perforated lattice and the use of a relatively large (0.012-0.025 m) raw material suggests the presence of a fluidized bed of particles characterized by fluidization numbers from 1.3 to 2.0 (also see Russian Patent No. 1762095, MKI ³ F 27 B 15 / 00. Published in B. I. No. 34, 1992). This mode is characterized by significant incompleteness of heat exchange between air (60-100 ° С) and lime (950-1050 ° С). In this case, the temperature difference between the fluidized bed of lime and the exhaust air from it reaches 150-200 ° C (see Syromyatnikov NI and others. Heat and mass transfer in a fluidized bed. M: Chemistry, 967, p. 67-73 ) The prototype does not provide for the organization of the directed movement of the material from loading to unloading along the maximum possible path, so the movement of material in the fluidized layers of the zones occurs along the shortest path that is least effective in terms of thermal characteristics. Some particles in this case almost immediately from the load fall into the unloading. At the same time, the entire volume of the fluidized bed is not used for heat transfer, but approximately 70% of it, which reduces the degree of heat treatment, the quality and quantity of products, and fuel consumption for the process.

В основе данного изобретения лежит решение задачи по усовершенствованию конструкции печи кипящего слоя и оптимизации взаиморасположения и сочетания ее элементов, за счет чего и обеспечивается снижение расхода топлива на процесс, повышение выхода извести.The basis of this invention is the solution to the problem of improving the design of a fluidized bed furnace and optimizing the relative position and combination of its elements, due to which a reduction in fuel consumption for the process and an increase in lime yield are provided.

Поставленная задача достигается тем, что в печи кипящего слоя КС-55, содержащей последовательно соединенные между собой по материалу двумя параллельно включенными, попарно диаметрально противоположными друг другу по загрузке и выгрузке клапанными переточными устройствами с цилиндрическими патрубками на входе и выходе, бункер известняка и две зоны подогрева известняка, зону обжига известняка на известь, зону охлаждения извести, расположенные в футерованном цилиндрическом корпусе, с кипящими слоями на плоских газораспределительных решетках в основаниях зон, и бункер извести, оси патрубков параллельно включенных переточных устройств ориентированы под углом 38-65° к горизонтали и 52-90° между собой, а проекции продолжений осей патрубков переточных устройств на поверхности газораспределительных решеток зон пересекаются на расстоянии 0,256-0,375 диаметра зон от их центра, причем в зонах соединены загрузочные и выгрузочные переточные устройства, диаметрально не противоположные друг другу, а угол открытия клапанов устройств, расположенных по печи от бункера известняка в направлении движения материала, составляет 0-60, 58, 56, 54, 52° к горизонтали.The task is achieved in that in a fluidized bed furnace KS-55, which contains two parallel connected diametrically opposite to each other in material loading and unloading valve transfer devices with cylindrical nozzles at the inlet and outlet, limestone hopper and two zones limestone preheating, limestone calcining zone to lime, lime cooling zone located in a lined cylindrical body, with fluidized beds on flat gas distribution solutions at the base of the zones, and the lime hopper, the axes of the nozzles of the parallel-connected transfer devices are oriented at an angle of 38-65 ° to the horizontal and 52-90 ° between themselves, and the projections of the extensions of the axes of the pipes of the transfer devices on the surface of the gas distribution gratings intersect at a distance of 0.256-0.375 the diameter of the zones from their center, and in the zones loading and unloading transfer devices are connected, which are diametrically opposed to each other, and the opening angle of the valves of the devices located along the furnace from the limestone hopper in the direction the movement of the material is 0-60, 58, 56, 54, 52 ° to the horizontal.

Техническим результатом от использования предлагаемой конструкции печи кипящего слоя КС-55 является снижение расхода топлива на процесс, повышение качества готовой извести.The technical result from the use of the proposed design of the fluidized bed furnace KS-55 is to reduce fuel consumption for the process, improving the quality of finished lime.

Этот результат достигается следующим образом.This result is achieved as follows.

Технологические зоны печи круглого сечения характеризуются работой кипящего слоя в режиме смешения. При этом в режиме идеального смешения предполагается, что, теоретически, любая частица может находиться в любой точке кипящего слоя (см. Айнштейн В.Г. и др. Псевдоожижение. М.: Химия, 1991, с.23-132). При выборе зоны кипящего слоя с круглым сечением по конструктивным соображениям возникает необходимость в организации мероприятий для обеспечения максимального и равномерного времени пребывания всех частиц в кипящем слое зоны, что обеспечивает их максимальную и равномерную тепловую обработку, в данном случае - нагрев и обжиг известняка на известь и охлаждение извести. В известном техническом решении это частично достигается путем попеременного включения в работу накрест расположенных переточных устройств. В настоящем изобретении производится соединение переточных устройств, расположенных на одной линии. Одновременно предлагается решение этой проблемы путем оптимизации схемы взаимного расположения между собой параллельно установленных переточных устройств, а также загрузочных и выгрузочных переточных устройств. Схема расположения переточных устройств и условия, обусловившие ее выбор для решения задачи настоящего изобретения, иллюстрируются на фиг.1, где представлены проекции продолжения осей цилиндрических патрубков переточных устройств на горизонтальную поверхность газораспределительной решетки, например зоны подогрева 1 (ситуация аналогична для всех 4-х технологических зон). В качестве определяющих направлений движения материала выбираются оси патрубков переточных устройств. Точки А₁ и B₁ являются точками пересечения осей входных цилиндрических патрубков с образующей цилиндрического пространства зоны. Точки А₃ и В₃ являются точками пересечения осей выходных цилиндрических патрубков с образующей цилиндрического пространства зоны. Поскольку при направленном движении в кипящем слое частиц имеется направление их преимущественного движения - русло, то благоприятным оказывается направление от точки B₁ к точке В₂ (соответственно от точки А₁ к точке А₂ и далее к точке А₃), расположенной на расстоянии D/4 от центра зоны (точка О), и далее к точке В₃ (далее мы будем рассматривать одно направление от точки B₁ ввиду симметричности направлений). Рассматривается ситуация, когда русло отстоит от направления B₁-В₂-В₃. При организации движения частиц по направлению B₁-В₂ ¹-В₃ часть частиц пройдет по кратчайшему пути - по прямой B₁В₃ (или по прямой B₁А₃ - при крестообразном включении переточных устройств). При организации направления частиц левее точки В₂ ¹ количество таких частиц будет возрастать. При организации движения частиц по направлению B₁-В₁ ¹¹-В₃ движение части частиц пройдет в направлении точки М, что приведет к прямым соударениям частиц с огнеупорной футеровкой и ее последующим разрушением. При организации движения частиц правее точки В₂ ¹¹ разрушение футеровки будет более интенсивным. Таким образом, преимущественное движение частиц по направлению B₁-В₂-В₃ в русле, ограниченном прямыми B₁В₂ ¹, В₂ ¹B₃ и B₁B₂ ¹¹, В₂ ¹¹B₃, обеспечивает максимальную и равномерную тепловую обработку частиц, а также сохранность огнеупорной футеровки. Очевидно, что точки В₂ ¹, В₂ и В₂ ¹¹ отстоят от центра зоны в точке О на расстояниях D/8, D/4 и 3D/8. Для попадания частиц в развитый кипящий слой частицы должны загружаться в него на расстоянии не менее D/6, чтобы избежать образования застойной зоны материала на границе с футеровкой (Тодес О.М. и др. Аппараты с кипящим зернистым слоем. Л.: Химия, 1981, с.129-139). Тогда угол ОТВ₂ или α₀/2=arctg ОВ₂/ОТ=arctg3/4=36,9°. Тогда угол OTB₁ как смежный составит 180°-36,9°=143,1°. Из теоремы синусов определим угол OB₁T=х°:OB₁/sin143,1°=ОТ/sinx°. Подставим в это уравнение численные значения: D/2/sin 143,1°=D/3/sin x°. Отсюда х°=arcsin(2/3·sin143,1°)=23,6°. Соответственно угол TOB₁=180°-143,1° -23,6°=13,3°. Углы TOB₁ и ОВ₁Е равны между собой как внутренние накрест лежащие. Тогда ОЕ=D/2sin13,3°=0,115D. Отсюда определим углы 2EB₁B₂ ¹ и 2EB₁B₂ ¹¹ (очевидно, что им соответствуют углы 2ОНВ₂ ¹ и 2ОКВ₂ ¹¹ или согласно фиг.1 α₁ и α₂). Поскольку B₁E=D/2cos13,3°=0,49D, то α₁/2=arctg[(1/8+0,115)D/0,49D]=26°, а α₂/2=arctg[(3/8+0,115)D/0,49D]=45°. Окончательно α₁=52°, α₂=90°, что соответствует пределам, указанным в формуле изобретения. Они являются предельными углами, образующимися при взаимном пересечении проекций осей патрубков переточных устройств на поверхности газораспределительной решетки, то есть углами, ограничивающими русло направленного движения частиц в кипящих слоях зон от загрузки к выгрузке при включении не диаметрально противоположных друг другу переточных устройств (от B₁ к В₃ или от А₁ к А₃). Расстояние от центра зоны (точка О) до точки пересечения проекций осей патрубков на поверхности ее газораспределительной решетки при α₁=52° (величина отрезка ОК) составляет: 3D/8·tg45°=0,375D. Соответственно, величина отрезка ОН составляет: D/8/tg26°=0,256D. Т. о., по условиям рассмотренного выше предотвращения образования застойных зон материала около загрузки материала на границе с футеровкой, а также предотвращения разрушения футеровки необходимо, чтобы точка пересечения осей патрубков переточных устройств находилась на поверхности газораспределительной решетки в пределах 0,265D-0,375D от центра зоны, что соответствует пределам, указанным в формуле изобретения. Исходя из этого условия определяется угол наклона оси патрубков к горизонтали. С одной стороны, угол наклона патрубков к горизонтали должен превышать угол естественного откоса для полидисперсного известняка и извести, что составляет 38° и более (Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения. М.: Химия, 1967, с.17-91). С другой стороны, при стандартной толщине огнеупорной футеровки в зоне обжига, равной 0,5 м, находящийся в ней цилиндрический патрубок при угле наклона к горизонтали в 65° имеет протяженность контакта с футеровкой 1,0 м и при максимальной толщине стандартного огнеупорного кирпича в 0,09 м пересекает более 10 слоев футеровки по вертикали, что недопустимо. Выбор при ориентации парубка протяженности контакта и количества пересекаемых слоев больше указанных величин нарушает целостность огнеупорной кладки и ограничивает возможности ее длительной эксплуатации. Поэтому из вышеизложенных и конструктивных соображений угол оси патрубка переточного устройства ориентирован под углом 38-65° к горизонтали, что соответствует пределам, указанным в формуле изобретения.Technological zones of the circular furnace are characterized by the work of a fluidized bed in the mixing mode. Moreover, in the ideal mixing mode, it is assumed that, theoretically, any particle can be at any point in the fluidized bed (see Einstein V.G. et al. Fluidization. M: Chemistry, 1991, pp. 23-132). When choosing a fluidized bed zone with a circular cross section for structural reasons, it becomes necessary to organize measures to ensure a maximum and uniform residence time of all particles in the fluidized bed of the zone, which ensures their maximum and uniform heat treatment, in this case, heating and calcining of limestone and lime cooling lime. In the well-known technical solution, this is partially achieved by alternately incorporating cross-over transfer devices into the operation. In the present invention is the connection of transfer devices located on the same line. At the same time, a solution to this problem is proposed by optimizing the mutual arrangement of parallel transfer devices, as well as loading and unloading transfer devices. The location scheme of the transfer devices and the conditions that determined it for solving the problem of the present invention are illustrated in Fig. 1, which shows the projections of the continuation of the axes of the cylindrical pipes of the transfer devices on the horizontal surface of the gas distribution grid, for example, heating zone 1 (the situation is similar for all 4 technological zones). As the determining directions of material movement, the axes of the branch pipes of the transfer devices are selected. Points A ₁ and B ₁ are the intersection points of the axes of the inlet cylindrical nozzles with the generatrix of the cylindrical space of the zone. Points A ₃ and B ₃ are the points of intersection of the axes of the output cylindrical pipes with the generatrix of the cylindrical space of the zone. Since the direction of movement in the fluidized bed of particles has a direction of their predominant movement — the channel, the direction from point B ₁ to point B ₂ (respectively, from point A ₁ to point A ₂ and further to point A ₃ ) is located at a distance D / 4 from the center of the zone (point O), and further to point B ₃ (below we will consider one direction from point B ₁ due to the symmetry of the directions). The situation is considered when the channel is separated from the direction B ₁ -B ₂ -B ₃ . When organizing the movement of particles in the direction of B ₁ -B ₂ ¹ -B _3, part of the particles will go along the shortest path - along the straight line B ₁ B ₃ (or along the straight line B ₁ A ₃ - with crosswise switching on the transfer devices). When organizing the direction of the particles to the left of point B ₂ ^{1 the} number of such particles will increase. When organizing the movement of particles in the direction of B ₁ -B ₁ ¹¹ -B _{3 the} movement of part of the particles will pass in the direction of point M, which will lead to direct collisions of particles with refractory lining and its subsequent destruction. When organizing the movement of particles to the right of point B ₂ ^{11, the} destruction of the lining will be more intense. Thus, the predominant movement of particles in the direction of B ₁ -B ₂ -B ₃ in the channel, limited by the straight lines B ₁ B ₂ ¹ , B ₂ ¹ B ₃ and B ₁ B ₂ ¹¹ , B ₂ ¹¹ B ₃ , provides maximum and uniform thermal particle processing, as well as the safety of the refractory lining. Obviously, points В ₂ ¹ , В _2, and В ₂ ¹¹ are separated from the center of the zone at point О at distances D / 8, D / 4, and 3D / 8. For particles to enter the developed fluidized bed, particles must be loaded into it at a distance of at least D / 6 in order to avoid the formation of a stagnant zone of the material at the boundary with the lining (Todes OM and other apparatuses with a fluidized granular layer. L .: Chemistry, 1981, p. 129-139). Then the angle α CTE ₂ or _0/2 = arctg ₂ OB / OT = arctg3 / 4 = 36,9 °. Then the angle OTB ₁ as adjacent will be 180 ° -36.9 ° = 143.1 °. From the sine theorem we determine the angle OB ₁ T = x °: OB ₁ / sin143.1 ° = OT / sinx °. We substitute numerical values into this equation: D / 2 / sin 143.1 ° = D / 3 / sin x °. Hence x ° = arcsin (2/3 · sin143.1 °) = 23.6 °. Accordingly, the angle TOB ₁ = 180 ° -143.1 ° -23.6 ° = 13.3 °. The angles TOB ₁ and OB ₁ E are equal to each other as internal lying crosswise. Then OE = D / 2sin13.3 ° = 0.115D. From here we determine the angles 2EB ₁ B ₂ ¹ and 2EB ₁ B ₂ ¹¹ (it is obvious that they correspond to the angles 2OHВ ₂ ¹ and 2ОКВ ₂ ¹¹ or according to Fig. 1 α ₁ and α ₂ ). Since B ₁ E = D / 2cos13,3 ° = 0,49D , then α _1/2 = arctg [(1/8 + 0,115) D / 0,49D] = 26 °, and α _2/2 = arctg [( 3/8 + 0.115) D / 0.49D] = 45 °. Finally, α ₁ = 52 °, α ₂ = 90 °, which corresponds to the limits indicated in the claims. They are the limiting angles formed by the mutual intersection of the projections of the axes of the nozzles of the transfer devices on the surface of the gas distribution grid, that is, the angles that limit the channel of the directional movement of particles in fluidized zones from loading to unloading when switching on diametrically opposite to each other transfer devices (from B ₁ to In ₃ or from A ₁ to A ₃ ). The distance from the center of the zone (point O) to the point of intersection of the projections of the axes of the nozzles on the surface of its gas distribution grill at α ₁ = 52 ° (value of the OK segment) is: 3D / 8 · tg45 ° = 0.375D. Accordingly, the size of the OH segment is: D / 8 / tg26 ° = 0.256D. Thus, under the conditions of the prevention of the formation of stagnant zones of material near the material loading at the boundary with the lining, as well as the prevention of the destruction of the lining, it is necessary that the point of intersection of the axes of the nozzles of the transfer devices be on the surface of the gas distribution grill within 0.265D-0.375D from the center zone, which corresponds to the limits indicated in the claims. Based on this condition, the angle of inclination of the axis of the nozzles to the horizontal is determined. On the one hand, the angle of inclination of the nozzles to the horizontal should exceed the angle of repose for polydisperse limestone and lime, which is 38 ° or more (Gelperin N.I., Einstein V.G., Kvasha V.B. Fundamentals of fluidization technology. M. : Chemistry, 1967, pp. 17-91). On the other hand, with a standard thickness of the refractory lining in the firing zone of 0.5 m, the cylindrical nozzle located in it at an angle of inclination to the horizontal of 65 ° has a contact length of 1.0 m with the lining and with a maximum thickness of standard refractory brick of 0 , 09 m crosses more than 10 layers of the lining vertically, which is unacceptable. The choice of orientation of the contact length and the number of intersected layers more than the specified values violates the integrity of the refractory masonry and limits the possibility of its long-term operation. Therefore, from the above and structural considerations, the axis angle of the branch pipe of the transfer device is oriented at an angle of 38-65 ° to the horizontal, which corresponds to the limits indicated in the claims.

Клапанные переточные устройства снабжены горизонтально ориентированным (закрытое положение) клапаном с возможностью его поворота на 90°. Угол открытия клапанов переточных устройств определяет проход по ним материала, т.е. их производительность. В связи с этим углы открытия переточных устройств, соединяющих бункер известняка и технологические зоны, а также бункер извести должны быть строго регламентированы и согласованы между собой, что особенно существенно при работе печи в автоматическом режиме. В процессе перемещения по печи и в результате тепловой обработки меняются линейные размеры и свойства (плотность) частиц материала. На фиг.2 представлена опытная зависимость изменения (в мм) среднего диаметра частиц материала (ось Y) от местонахождения подсоединения (1 - от бункера известняка, 2 - от 1-й зоны подогрева, 3 - от 2-й зоны подогрева, 4, 5 - от зон обжига и охлаждения) переточного устройства (ось X). Установлено, что среднестатистический диаметр частиц соответственно указанному порядку переточных устройств составляет: 24, 18, 16, 14 и 13 мм. Т. е. в зону подогрева 1 поступает известняк диаметром 24 мм, истирается в ней до 18 мм и поступает в зону подогрева 2, истирается в ней до 16 мм и поступает в зону обжига, истирается в ней до 14 мм, обжигается на известь и поступает в зону охлаждения, где окончательно истирается до 13 мм и перегружается в бункер извести.Valve transfer devices are equipped with a horizontally oriented (closed position) valve with the possibility of its rotation by 90 °. The opening angle of the valves of the transfer devices determines the passage of material through them, i.e. their performance. In this regard, the opening angles of the overflow devices connecting the limestone hopper and technological zones, as well as the lime hopper, must be strictly regulated and coordinated with each other, which is especially important when the furnace is operating in automatic mode. In the process of moving through the furnace and as a result of heat treatment, the linear dimensions and properties (density) of the material particles change. Figure 2 presents the experimental dependence of the change (in mm) of the average particle diameter of the material (Y axis) on the location of the connection (1 - from the limestone hopper, 2 - from the 1st heating zone, 3 - from the 2nd heating zone, 4, 5 - from the firing and cooling zones) of the transfer device (X axis). It was found that the average particle diameter according to the specified order of transfer devices is: 24, 18, 16, 14 and 13 mm. That is, limestone with a diameter of 24 mm enters the heating zone 1, is abraded in it up to 18 mm and enters the heating zone 2, is abraded in it up to 16 mm and enters the calcination zone, is abraded in it up to 14 mm, is calcined in lime and enters the cooling zone, where it is finally abraded to 13 mm and reloaded into the lime hopper.

Регулировка производительности переточных устройств возможна в интервале угла открытия клапана от 0° до предельного положения β_п°, выше которого происходит лавинообразный и нерегулируемый сход материала. По переточным устройствам технологических зон определен интервал их регулирования, т.е. угол открытия клапана от 0 до β_п°. Интервал угла открытия (в град.) переточных устройств представлен по оси Х на фиг.3 как функция соответствующих технологических зон (ось Y) и составляет соответственно 0-60, 58, 56, 54, 52° к горизонтали, что совпадает со значениями формулы изобретения.Performance adjustment of transfer devices is possible in the range of the valve opening angle from 0 ° to the limit position β _p °, above which an avalanche-like and unregulated material gathering occurs. According to the transfer devices of technological zones, the interval of their regulation is determined, i.e. valve opening angle from 0 to β _p °. The interval of the opening angle (in degrees) of the transfer devices is presented along the X axis in FIG. 3 as a function of the corresponding technological zones (Y axis) and is respectively 0-60, 58, 56, 54, 52 ° to the horizontal, which coincides with the values of the formula inventions.

На фиг.4 представлен чертеж технологической схемы, иллюстрирующий предлагаемое изобретение - печь кипящего слоя КС-55.Figure 4 presents a drawing of a process diagram illustrating the invention - a fluidized bed furnace KS-55.

Технологическая схема печи кипящего слоя КС-55 включает зоны подогрева известняка 1, 2, зону обжига извести 3, расположенные в цилиндрическом футерованном корпусе, и отдельно стоящую зону охлаждения извести 4 с газораспределительными решетками, соответственно 5, 6, 7 и 8, воздуховод 9, соединяющий зону охлаждения 4 и зону обжига 3, параллельно включенные переточные устройства 10, 11, 12, соединяющие соответственно зону 1 с зоной 2, зону 2 с зоной 3, зону 3 с зоной 4, переточное устройство 13 из зоны 4, скиповый подъемник 14 с загрузочным бункером 15, загрузочное устройство 16 бункера 15, подключенное к верху зоны 1, дымосос 17, устройство 18 для подачи природного газа на горение в зону обжига, воздуходувную машину 19 и бункер извести 20.The technological scheme of the KS-55 fluidized bed furnace includes limestone heating zones 1, 2, lime calcination zone 3 located in a cylindrical lined body, and a separate lime cooling zone 4 with gas distribution grids 5, 6, 7 and 8, air duct 9, connecting the cooling zone 4 and firing zone 3, parallel switched transfer devices 10, 11, 12, connecting respectively zone 1 with zone 2, zone 2 with zone 3, zone 3 with zone 4, transfer device 13 from zone 4, skip lift 14 s loading hopper 15, loading device 16 hopper 15 connected to the top of zone 1, exhauster 17, a device 18 for supplying the gas for combustion in the burning zone, blower 19 and the lime silo 20.

Предлагаемая печь работает следующим образом. Известняк поступает в зоны подогрева 1, 2, зону обжига 3, где последовательно подогревается до 350-500, 650-800°С, обжигается на известь при 920-1100°С, известь охлаждается в зоне охлаждения 4 от 920-1100 до 150-300°С. Процесс тепловой обработки происходит в кипящих слоях на решетках 5-8. Материал перемещается по зонам посредством соответствующих переточных устройств 10-12. При этом загрузочные и выгрузочные патрубки переточных устройств попарно диаметрально противоположны. Однако соединение в каждой из зон 1-4 по настоящему изобретению осуществляется для недиаметрально противоположных переточных устройств. Готовая продукция выгружается из зоны 4 выгрузочным переточным устройством 13 в виде кусковой извести в емкость готовой продукции 20. Подача известняка в зону 1 осуществляется скипом 14 через загрузочный бункер 15 и загрузочное переточное устройство 16. Воздух подается в зону охлаждения извести 4 от воздуходувки 19, где нагревается, и через воздуховод 9 подается на горение газа, поступающего от устройства 18, в зону обжига 3. Дымовые газы совместно с СО₂ от диссоциации известняка и горения топлива из зоны обжига 3 поступают в зоны подогрева 1, 2, где отдают свое тепло известняку, охлаждаются и дымососом 17 транспортируются в газоочистку.The proposed furnace operates as follows. Limestone enters the heating zone 1, 2, firing zone 3, where it is successively heated to 350-500, 650-800 ° C, calcined to lime at 920-1100 ° C, lime is cooled in cooling zone 4 from 920-1100 to 150- 300 ° C. The heat treatment process occurs in fluidized beds on the grids 5-8. The material moves through the zones by means of appropriate transfer devices 10-12. In this case, the loading and unloading nozzles of the transfer devices are diametrically opposite in pairs. However, the connection in each of zones 1-4 of the present invention is carried out for diametrically opposed transfer devices. The finished product is discharged from zone 4 by an unloading transfer device 13 in the form of lump of lime into the container of the finished product 20. The limestone is supplied to zone 1 by skip 14 through the loading hopper 15 and the loading transfer device 16. Air is supplied to the cooling zone of lime 4 from the blower 19, where heated and fed through the duct 9 to the combustion gas coming from the unit 18, in the firing zone 3. The flue gases together with the CO ₂ from the dissociation of limestone and burning fuel from the firing zone 3 is fed to the preheating zone 1, 2, where a give its heat to limestone, and cooled exhaust fan 17 are transported to a gas cleaning.

При этом, например, в условиях печи КС-55 ОАО "Тагмет" при уменьшении ориентации осей патрубков переточных устройств менее 38° к горизонтали происходит зависание материала и прекращается его равномерный сход, а при более 65° - стойкость футеровки в районе контакта с ней (точки А₁, А₃, B₁, B₃ на фиг.4) снижается на 35-40%. При ориентации осей патрубков переточных устройств менее 52° между собой обнаруживается прямой проскок частиц от загрузки к выгрузке, что снижает суммарную массовую долю оксидов кальция и магния (СаО+MgO)_общ в готовой извести, а при более 90° - стойкость футеровки в районе действия направленного движения материала (точки М и N на фиг.4) снижается на 15-25%. Уменьшение стойкости и износ футеровки сопряжены с повышенными эксплуатационными потерями тепла через кожух и с перерасходом топлива на охлаждение печи для проведения ремонта футеровки и последующий нагрев печи. Уменьшения расстояния от точки пересечения проекции продолжения осей патрубков переточных устройств на поверхности газораспределительных решеток до их центра менее 0,256 диаметра зон приводит к залеганию материала на участке, ограниченном отрезками B₁K, KB₁ и дугой А₁ (фиг.4), а более 0,375 - к прямому проскоку частиц от точки B₁ к точке В₃ и от точки А₁ к точке А₃, что снижает суммарную массовую долю оксидов кальция и магния (СаО+MgO)_общ в готовой извести и требует дополнительного расхода топлива.At the same time, for example, in the conditions of the KS-55 furnace of Tagmet OJSC, when the orientation of the axes of the nozzles of the transfer devices less than 38 ° to the horizontal decreases, the material freezes and its uniform descent ceases, and at more than 65 ° the lining resistance in the contact area ( points A ₁ , A ₃ , B ₁ , B ₃ in figure 4) is reduced by 35-40%. When the axes of the nozzles of the transfer devices are less than 52 ° with each other, there is a direct breakthrough of particles from loading to unloading, which reduces the total mass fraction of calcium and magnesium oxides (CaO + MgO) _total in the finished lime, and at more than 90 ° the lining resistance in the area of operation directional movement of the material (points M and N in figure 4) is reduced by 15-25%. The decrease in durability and wear of the lining are associated with increased operational heat loss through the casing and with excessive consumption of fuel for cooling the furnace to repair the lining and subsequent heating of the furnace. Reducing the distance from the point of intersection of the projection of the continuation of the axes of the branch pipes of the overflow devices on the surface of the gas distribution grids to their center of less than 0.256 of the diameter of the zones leads to the occurrence of material in the area bounded by the segments B ₁ K, KB ₁ and the arc A ₁ (figure 4), and more than 0.375 - to a direct passage of particles from point B ₁ to point B ₃ and from point A ₁ to point A ₃ , which reduces the total mass fraction of calcium and magnesium oxides (CaO + MgO) _total in the finished lime and requires additional fuel consumption.

Угол открытия всех переточных устройств, равный 0°, в условиях печи КС-55 ОАО "Тагмет" предполагает полное и гарантированное прекращение перемещения материала по зонам, поскольку в данном случае не образуется угол естественного откоса (для материала печи КС - 55 - известняка и извести фракции 3-12 (20)мм угол естественного откоса составляет 37-41°, зависит от гранулометрического состава известняка или извести внутри фракции и может условно характеризоваться средним диаметром частиц d_cp, определяемым гранулометрическим анализом) и, соответственно, не возникает движения материала под действием сил гравитации. В соответствии с результатами опытных данных увеличение интервала угла открытия переточных устройств свыше 60, 58, 56, 54 и 52° к горизонтали соответственно от бункера известняка (известняк с d_cp=14,5мм), от 1-й зоны подогрева (известняк, высушенный и очищенный от поверхностных примесей с d_cp=12,8 мм), от 2-й зоны подогрева (известняк скатанный с продиссоциированным карбонатом магния с d_cp=11,5 мм), от зоны обжига (известь с d_cp=9,1мм) и от зоны охлаждения (известь с d_cp=8,3мм) приводит к ненормируемому (из-за лавинообразного и нерегулируемого сход материала) перераспределению материала по технологическим зонам печи (влекущему за собой нарушение регламентированного по времени графика термической обработки), нарушению газодинамического и технологического режимов, снижению массовой доли (CaO+MgO)_общ в извести и перерасходу тепла на процесс.The opening angle of all transfer devices, equal to 0 °, in the conditions of the KS-55 furnace of Tagmet OJSC implies a complete and guaranteed termination of material movement in the zones, since in this case the angle of repose is not formed (for the material of the KS-55 furnace, limestone and lime fraction 3-12 (20) mm angle of repose is 37-41 °, depends on the particle size distribution of limestone or lime inside the fraction and may be conditionally characterized by the average particle diameter d _cp determined by particle size analysis) and, accordingly , there is no movement of the material under the action of gravitational forces. In accordance with the results of experimental data, an increase in the interval of the opening angle of the transfer devices over 60, 58, 56, 54, and 52 ° to the horizontal, respectively, from the limestone hopper (limestone with d _cp = 14.5 mm), from the 1st heating zone (limestone, dried and purified from surface impurities with d _cp = 12.8 mm), from the 2nd heating zone (limestone rolled with dissociated magnesium carbonate with d _cp = 11.5 mm), from the firing zone (lime with d _cp = 9.1 mm ) and the cooling zone (lime d _cp = 8,3mm) leads to nonnormable (due to avalanche and uncontrolled descent of the material) per distribution material for technological furnace zones (entailing violation regulated heat treatment time schedule), disruption of the gas dynamic and technological regimes, reduction in mass fraction (CaO + MgO) in a _total lime and overrun heat to the process.

Предлагаемое изобретение применительно к условиям ОАО "Тагмет" позволит обеспечить технике экономические показатели, представленные в таблице 1. При этом применение изобретения за счет оптимизации времени пребывания частиц обрабатываемого материала в зонах печи позволит повысить суммарную массовую долю оксидов кальция и магния (СаО+MgO)_общ на 2,50-6,95% и за счет повышения завершенности процессов теплообмена в кипящих слоях технологических зон снизить расход топлива на процесс получения металлургической извести на 5-25 кг усл. топлива/ т извести. The present invention, as applied to the conditions of Tagmet OJSC, will provide the economic performance indicators presented in Table 1. The application of the invention by optimizing the residence time of particles of the processed material in the furnace zones will increase the total mass fraction of calcium and magnesium oxides (CaO + MgO) _total 2.50-6.95% and by increasing the completeness of heat transfer processes in fluidized beds of technological zones, reduce fuel consumption for the process of producing metallurgical lime by 5-25 kg conv. fuel / t lime.

Таблица 1.Table 1. №п/пNo. ПоказательIndicator Печь по прототипуPrototype oven Печь по изобретению в условиях ОАО "Тагмет"The furnace according to the invention in terms of OAO "Tagmet" 1one 22 33 4four 1one Массовая доля (CaO+MgO)_общ в извести, %Mass fraction (CaO + MgO) _total in lime,% 89,50÷92,0089.50 ÷ 92.00 92,00÷96,4592.00 ÷ 96.45 22 Расход топлива на процесс обжига извести, кг усл. топлива/ т известиFuel consumption for lime calcination process, kg conv. fuel / t lime 150÷155150 ÷ 155 130÷145130 ÷ 145

Claims

A fluidized bed furnace, containing two parallel connected diametrically opposite diametrically opposed pairs of material for loading and unloading valve overflow devices with cylindrical inlets and outlets, a limestone hopper and two limestone heating zones, a lime lime calcination zone, a cooling zone lime located in a lined cylindrical body, with fluidized beds on flat gas distribution grids at the base of the zones, and a lime hopper characterizing the fact that the axes of the nozzles of the parallel-connected transfer devices are oriented at an angle of 38-65 ° to the horizontal and 52-90 ° to each other, and the projections of the extensions of the axes of the nozzles of the transfer devices on the surface of the gas distribution gratings of the zones intersect at a distance of 0.256-0.375 of the diameter of the zones from their center moreover, in the zones loading and unloading transfer devices are connected, which are diametrically opposed to each other, and the opening angles of the valves of devices located along the furnace from the limestone hopper in the direction of movement of the material, 0-60 °, 0-58 °, 0-56 °, 0-54 °, 0-52 ° to the horizontal.